У них нет вожака и общего плана: как муравьи, птицы и рыбы принимают решения всем коллективом
Тысячи скворцов одновременно меняют направление полета, ни разу не сталкиваясь. Косяк рыб мгновенно ныряет в глубину при приближении хищника. Муравьи без плана строят сложнейшие сооружения и находят кратчайшие пути к пище. Нет лидера, нет центрального управления, и тем не менее результат выглядит так, будто ими кто-то руководит. Однако и у этого природного феномена есть свое объяснение. Подробности – в нашей статье.
Муравьи
Муравейник по своей сложности напоминает настоящий город. В нем есть разветвленная сеть туннелей, отдельные камеры, хранилища запасов и специальные участки для утилизации отходов. При этом у муравьев нет общего плана постройки, который был бы известен каждому работнику, а матка и вовсе не руководит строительством, так как ее главная роль – откладывать яйца. Управление процессами происходит на уровне всей колонии – именно коллективные действия муравьев определяют, как будет развиваться и функционировать их жилище.
Главный инструмент координации – феромоны. Муравей, нашедший пищу, оставляет на обратном пути химический след. Другие идут по нему и усиливают запах. Чем короче маршрут, тем чаще по нему ходят и тем сильнее след. Длинные же пути быстро «затухают», так как феромоны испаряются. Подобным образом колония автоматически выбирает оптимальный маршрут, причем без каких-либо карт и вычислений.
Ученые сравнивают это с работой мозга, когда отдельные нейроны не обладают интеллектом, но вместе формируют мышление. Один муравей с его маленьким мозгом не понимает общей картины, но сотни тысяч таких «микромозгов» объединяются в коллективный интеллект.
В экспериментах Института Вейцмана муравьи Paratrechina longicornis заранее расчищали препятствия с пути, по которому группе предстояло нести крупную добычу. При этом отдельный муравей не понимал, зачем убирает камешки, – его побуждали феромоны других. «Разумное» поведение возникало только на уровне колонии.
Стаи скворцов
Осенью тысячи скворцов собираются в гигантские стаи, перетекающие друг в друга и образующие сложные объемные фигуры. Это называется мурмурация – от латинского murmuratio, «бормотание, жужжание».
Исследование физика Андреа Каванья в рамках проекта STARFLAG показало, что как такового лидера нет. Каждая птица следит всего за шестью-семью ближайшими соседями и неукоснительно следует 3 главным правилам: не столкнуться, выровнять направление и держаться рядом. Когда тысячи птиц одновременно выполняют эти требования, возникает слаженная хореография без хореографа.
Сигнал об опасности распространяется по стае почти мгновенно – со скоростью около 145 км/ч. Каждая птица реагирует на движение соседа, а не на его положение, и реакция передается по цепочке за миллисекунды.
Зачем это нужно? Главным образом для защиты от хищников. Огромная, постоянно меняющая форму масса птиц затрудняет выбор конкретной цели, ведь хищник просто не может сфокусироваться на одной особи.
Косяки рыб
Большие группы рыб принимают решения и быстрее, и точнее, чем одиночки. В полевом исследовании Берлинского университета выяснилось, что чем крупнее косяк, тем быстрее и четче он реагирует на угрозу. Там, где одиночная рыба могла ошибиться, большие косяки принимали практически безошибочные решения.
Механизм координации основан на тех же правилах, что и у скворцов – отталкивание на близком расстоянии, выравнивание с соседями и притяжение (не отрываться от группы). А исследование в Nature Physics показало, что у тех же цихлид слаженность объясняется не вычислением «среднего направления», а простым хаотичным копированием действий случайной соседки.
Полезно знать
Африканские буйволы «голосуют» за направление движения. Перед тем как стадо поднимается с отдыха, самки поочередно приподнимаются и смотрят в ту сторону, куда хотят идти. Стадо движется в направлении, набравшем больше всего «взглядов», при этом социальный ранг не дает преимущества.
Императорские пингвины спасаются от холода физикой, а не иерархией. При холоде до −60 °C они собираются в плотную кучу, где в центре температура достигает +37 °C. Возникает вихревое движение: пингвины медленно перемещаются от холодного края к теплому центру и обратно – как тепловая конвекция в жидкости.
Исследование 2025 года показало, что саранча не выравнивает движение с соседями, а устремляется за ними – это больше похоже на погоню, чем на синхронизацию. Классические модели коллективного поведения для саранчи оказались неверны.
У рыжих лесных муравьев есть «личности», влияющие на профессию. Исследования Института систематики и экологии животных СО РАН показали, что муравьи различаются по агрессивности, смелости и способности к обучению. Эти качества определяют, кто станет разведчиком, кто – фуражиром, а кто – пастухом тлей.
Косяки рыб жили по тем же правилам 50 миллионов лет назад. Палеонтологи изучили окаменелости стаи из 259 мальков вымершего вида Erismatopterus levatus. Моделирование показало, что рыбы держали дистанцию и выравнивали движение – точно так же, как современные стайные рыбы.
Проверено редакцией
Принципы коллективного поведения животных уже используют при создании групп роботов. Исследователь Ксения Шутова в интервью порталу «Научная Россия» рассказывала, что при разработке таких систем инженеры действительно опираются на поведение стай, роев и колоний: отдельные роботы следуют сравнительно простым правилам взаимодействия, а сложное согласованное поведение возникает уже на уровне всей группы.
Похожий подход российские ученые применяли и при моделировании групповой фуражировки. Исследователи НИЦ «Курчатовский институт» Александр Малышев и Евгений Бургов создавали для группы роботов аналоги муравьиного поведения, где одни агенты самостоятельно ищут ресурс, а затем вовлекают остальных. Такие модели интересны тем, что позволяют распределять задачи без единого управляющего центра — примерно по тому же принципу, который работает в муравьиной колонии.
