Муравьи используют коллективный «интеллект» для навигации через препятствия

Муравьи используют свою численность для преодоления навигационных задач, которые слишком велики и дезориентируют для решения одним индивидуумом, сообщает новое исследование в журнале с открытым доступом eLife.

Результаты демонстрируют потенциальные преимущества группового образа жизни и коллективного познания для освоения определённых сред обитания.

Исследователи изучали кооперативную транспортировку муравьями крупной добычи через полуестественные среды. Для этого был создан лабиринт путём случайного размещения кубиков одинакового размера на поверхности, имитируя каменистую местность. Движение муравьёв-бегунков (длинноусых муравьёв-древоточцев), переносивших пищу к гнезду, отслеживалось, а координаты груза, муравьёв и кубиков извлекались с помощью обработки изображений.

По мере увеличения количества кубиков и усложнения лабиринта муравьи решали его медленнее. Они всё ещё могли преодолевать лабиринты с покрытием до 55% кубиками, но при 60% покрытии большинство лабиринтов становились физически непроходимыми. Важно, что препятствия, создаваемые кубиками, были практически невидимы для отдельных муравьёв, которые легко проходили через пути, заблокированные для гораздо более крупного груза.

Производительность муравьёв сравнили с моделью направленного случайного блуждания, где направление меняется в ответ на физический контакт с барьером. Муравьи превзошли компьютерную модель на всех конфигурациях кубиков, кроме самых простых. Чем больше было кубиков, тем лучше муравьи справлялись по сравнению с моделью.

Анализ показал, что муравьи тратили значительно больше времени на движение в сторону от цели. Это нельзя было объяснить только физической обратной связью от столкновения с кубиком. Известно, что коллективным движением муравьёв руководят муравьи-лидеры, которые ощущают информацию вокруг группы, но не несут груз.

Эти не несущие груз муравьи были распределены по круговой области вокруг несущей группы с внешним радиусом до 10 см. Даже один муравей-лидер мог направлять группу на расстояние до 10 см, чтобы обойти физическое препятствие. Когда несущие груз муравьи застревали, лидеры постоянно предлагали группе потенциальные маршруты для пересечения препятствия. Скоординированное движение позволяло всей группе исследовать предложенные пути, пока не находился обходной маршрут.

Таким образом, муравьи смогли расширить свой диапазон восприятия за пределы непосредственной близости. Чтобы проверить, является ли это расширенное восприятие ключом к решению лабиринта, команда добавила аналогичный «диапазон чувствительности» в компьютерную модель. Это позволило модели соответствовать производительности муравьёв. Увеличение диапазона чувствительности сверх муравьиного не улучшило результаты модели, что предполагает, что муравьи нашли оптимальный диапазон для конкретного лабиринта.

Исследование показывает, что в данной среде муравьи используют свою численность для коллективного расширения диапазона восприятия. Хотя это расширение невелико, оно позволяет достичь чрезвычайно быстрого времени преодоления препятствий, превосходящего известные физические модели навигации в неупорядоченных средах.