Муравьи бросили вызов представлениям об эффективности самоорганизующихся сетей
Исследование, проведённое учёными из Университета Аризоны, показало, что сети взаимодействий в муравьиных колониях не соответствуют общепринятой модели эффективного распространения информации. Работа, опубликованная 20 мая в Public Library of Science и поддержанная National Science Foundation, ставит под сомнение универсальность свойств самоорганизующихся сетей.
Ключевой вывод
Наблюдая за колониями муравьёв вида Temnothorax rugatulus, исследователи Анна Дорнхаус и Бенджамин Блондер обнаружили, что их сети взаимодействий неэффективны для быстрого распространения информации. Это противоречит доминирующей парадигме, согласно которой все самоорганизующиеся сети (как социальные, так и технологические) обладают универсальной структурой, максимизирующей эффективность передачи ресурсов или данных.
Методология исследования
- Сбор колоний: Колонии муравьёв собирали в природе с помощью аспиратора, обязательно включая матку, без которой колония погибает.
- Идентификация особей: Каждого муравья в искусственном гнезде (между стеклянными пластинами) помечали уникальным цветовым кодом.
- Наблюдение: С помощью высокоточного видео было записано и проанализировано около 9000 взаимодействий между 300–400 особями. Учитывались только тактильные контакты (антеннация), так как они несут химическую информацию.
- Анализ сети: Исследователи изучали не только факт взаимодействия, но и порядок событий, что важно для понимания направления потока информации.
Результаты
- Скорость распространения информации в муравьиной колонии оказалась ниже, чем в случайной сети.
- Муравьи не просто неэффективны — они избегают лишних контактов.
- Это опровергает принцип «шести рукопожатий» (six degrees of separation) в контексте муравьиных колоний.
Возможные объяснения
- Компромисс между общением и действием: Слишком активное взаимодействие может мешать выполнению прямых задач (например, фуражировке).
- Локализация ответственности: Каждый муравей может отвечать только за свой участок и общаться с ближайшими соседями, что не требует глобально эффективной сети.
- Важность порядка событий: Направление потока информации (кто с кем и в какой последовательности контактировал) может быть важнее общей связанности.
Значение работы
Исследование показывает, что эффективность сети не всегда является оптимальной стратегией. Понимание контекста, в котором быстрая передача информации выгодна или, наоборот, нежелательна, — ключевой вопрос.
Это открытие имеет широкие прикладные перспективы:
- Проектирование самоорганизующихся систем (например, роев дронов для исследования планет).
- Моделирование и сдерживание распространения эпидемий.
- Изуение эволюционно успешных систем, существующих миллионы лет, для заимствования эффективных принципов организации.
«Многие люди, изучавшие сети взаимодействий в прошлом, находили их очень эффективными... Наше исследование бросает вызов этому и показывает, что существуют сети, которые не обладают этими свойствами, но при этом явно функциональны», — отметил Бенджамин Блондер.