Как шмели решают задачу коммивояжёра

Новое исследование из Школы биологических и химических наук Лондонского университета королевы Марии показывает, как шмели эффективно планируют маршрут между наиболее ценными цветами, преодолевая при этом кратчайшие расстояния.

Исследование под руководством доктора Матьё Лиоре было опубликовано в журнале Британского экологического общества Functional Ecology. Учёные изучали перемещение земляных шмелей (Bombus terrestris), собирающих нектар с пяти искусственных цветков разной ценности.

«Животные, которые добывают ресурсы, закреплённые в пространстве и восполняющиеся со временем (например, цветы, в которых снова появляется нектар), часто посещают их по повторяющимся последовательностям, называемым траекториями обхода», — пояснил доктор Лиоре.

Исследование по оптимизации маршрутов на основе расстояния и размера потенциальной награды напоминает известную задачу коммивояжёра в математике, сформулированную в 1930 году.

«Коммивояжёр должен найти кратчайший маршрут, позволяющий посетить все точки. Компьютеры решают её, сравнивая длину всех возможных маршрутов и выбирая кратчайший. Однако пчёлы решают её простые версии без помощи компьютера, используя мозг размером с семечко травы», — объяснил соавтор доктор Найджел Рейн.

Команда установила улей, пометив каждого шмеля номерными метками, чтобы отслеживать их поведение при посещении пяти искусственных цветков, расположенных в виде правильного пятиугольника.

«Когда все цветы содержали одинаковое количество нектара, пчёлы научились летать по кратчайшему маршруту, чтобы посетить их все. Однако, сделав один цветок гораздо более ценным, мы заставили пчёл выбирать между следованием кратчайшему пути или посещением самого ценного цветка первым», — сказал доктор Лиоре.

В результате пространственной оценки пчёлы решили: если посещение высокоценного цветка добавляло лишь небольшое увеличение расстояния, они начинали маршрут с него. Однако, когда такое посещение добавляло существенное увеличение пути, они не посещали его первым.

Результаты выявили компромисс между приоритизацией посещения высокоценных цветов и полётом по кратчайшему возможному маршруту. Отдельные пчёлы пытались оптимизировать как расстояние, так и потребление нектара по мере накопления опыта.

«Мы продемонстрировали, что шмели явно идут на компромисс между минимизацией расстояния и приоритетом высокой награды при рассмотрении маршрутов с несколькими точками. Эти результаты впервые свидетельствуют, что животные используют комбинированную память как о местоположении, так и о прибыльности точек при принятии сложных решений о маршруте», — заключил соавтор профессор Ларс Читтка.