Исследование насекомых даёт человечеству шесть ног преимущества
Карьера Берта Хёлльдоблера началась в детстве, когда во время прогулки в баварском лесу его отец перевернул камень, обнажив колонию муравьёв-древоточцев. Это зрелище навсегда впечаталось в память учёного.
Муравьи, существа столь непохожие на людей, обладают социальной жизнью, во многом схожей с нашей. Берта Хёлльдоблера, ныне профессора Школы наук о жизни Университета штата Аризона (ASU) и лауреата Пулитцеровской премии за книгу "Муравьи", написанную совместно с Э. О. Уилсоном, интересует не только их привлекательность, но и научная значимость.
Экологическая и научная важность
Социальные насекомые чрезвычайно важны для экосистемы:
- Пчёлы опыляют сельскохозяйственные культуры.
- Термиты разлагают целлюлозу и возвращают питательные вещества в почву.
- Муравьи также являются редуцентами, аэрируют почву, распространяют семена и обеспечивают естественный контроль над вредителями.
Аризона обладает одной из самых богатых фаун муравьёв в США. Однако учёных интересуют не только их экологические роли.
Биомимикрия: подражание природе
Социальные насекомые, подвергавшиеся миллионам лет эволюции, предлагают эффективные решения проблем, которые люди хотели бы использовать. Это подражание природе называется биомимикрией.
ASU стал членом программы Biomimicry Affiliate Program института Biomimicry Institute и провёл конференцию "Social Biomimicry: Insect Societies and Human Design", организованную аспирантами.
Примеры биомимикрии у муравьёв:
- Листорезы культивируют грибы и выработали защиту от паразитов: специальные железы, производящие антибиотики и фунгициды, и культивирование антигрибковых бактерий на своих телах. Это может предложить новые подходы в борьбе с устойчивыми к лекарствам инфекциями у людей.
- Листорезы режут листья, вибрируя мандибулами, что сглаживает колебания усилия. Это открытие, опубликованное в журнале Science, вдохновило инженеров из Технического университета Ильменау (Германия) на создание новых вибрирующих микрохирургических инструментов.
Коллективное принятие решений
Особый интерес представляет социальный аспект жизни насекомых. Профессор Стивен Пратт изучает, как колония муравьёв, лишившись гнезда, находит новое, достигая консенсуса без какого-либо лидера.
Механизм принятия решения:
- Разведчики оценивают потенциальные места.
- Чем лучше место, тем активнее муравей рекламирует его другим.
- За счёт положительной обратной связи (как "лайки" в Facebook) лучший вариант быстро набирает поддержку.
Почему муравьи принимают рациональные решения, а люди — нет?
Ключ — в рациональном невежестве. Большинство муравьёв-участников видят только один вариант и оценивают его по внутреннему стандарту, а не путём сравнения с альтернативами. Люди же, сравнивая варианты, часто принимают иррациональные решения (эффект "приманки").
Изучение этих механизмов помогает понять основы принятия решений. Уже сейчас алгоритмы, основанные на поведении муравьёв, используются:
- Southwest Airlines — для ускорения распределения самолётов к гейтам в аэропорту Финикса и для оптимизации процесса регистрации.
- В логистике, компьютерных сетях — для решения задач составления расписаний, маршрутизации доставки и распределения ресурсов.
Роботы и коллективный транспорт
Пратт применяет знания о муравьях в робототехнике, сотрудничая с инженерами из Технологического института Джорджии и Пенсильванского университета.
Направления работы:
- Автоматический анализ поведения: Разработка программ для отслеживания взаимодействий сотен муравьёв, что впоследствии можно использовать для координации групп роботов.
- Коллективный транспорт: Изучение муравьёв Aphaenogaster cockerelli, которые слаженно переносят крупную добычу большими группами, обходя препятствия. Используя датчик силы, замаскированный под "фигу", учёные исследуют механику их совместной работы. Эти принципы помогут улучшить координацию роботов, выполняющих задачи в недоступных для человека местах (например, под водой или на других планетах).
Ценность фундаментальных исследований
Несмотря на множество практических приложений (от поиска новых антибиотиков до улучшения логистики), Берта Хёлльдоблера подчёркивает ценность фундаментальных исследований, движимых чистым любопытством и стремлением понять сложную социальную жизнь, развивавшуюся более 100 миллионов лет. Именно на таком стремлении к пониманию построено и человеческое общество с его технологиями.