Оказывается, поведение муравьев можно смоделировать


Ученые института Вайцмана (Израиль) создали математическую модель поведения муравьев в определенных ситуациях, которая впоследствии была подтверждена при наблюдении за насекомыми.

Муравьи – особые насекомые, которые не только живут огромными семьями, но и способны объединить усилия многочисленных особей для достижения поставленной цели. Это единственный вид насекомых, которым присуще такое «человеческое» качество. Объединив усилия, муравьи способны перемещать тела, во много раз превосходящие их по весу, и даже умудряются преодолевать препятствия, встречающиеся на их пути.

Научный журнал PLoS Computational Biology в одном из последних номеров опубликовал результаты исследования, проведенного израильскими учеными. Наблюдая за муравьями, они пришли к выводу, что насекомые, доставляющие еду в муравейник, ведут себя прогнозировано. При этом их поведение поддается математическому моделированию.

Поведение муравьев на их пути в муравейник подразумевает два основных варианта. Муравьи, исходя из конкретных условий, выбирают тот из них, который поможет достичь цели, преодолев возникшее препятствие. В любом случае, муравьи координируют совместные действия.

Возникает вопрос, как им это удается. Как известно, люди, чтобы скоординировать свои усилия договариваются, используя устную речь или составляя письменный договор. У муравьев этот процесс осуществляется иным способом. Механизм принятия решения муравьями был подвергнут тщательному исследованию группами ученых двух факультетов (физики и химической и биологической физики) Научного института им. Вейцмана. Они утверждают, что каждый муравей, привлеченный к общему делу перемещения груза, способен оценить силу, которую прикладывают его собратья, и ее направление. Свое поведение он подстраивает под конкретную задачу, то есть:

  • Вариант 1. Переносимый груз движется в направлении «от муравья». Тогда он будет толкать груз в направлении его передвижения.
  • Вариант 2. Груз двигается в направлении «на муравья». Когда насекомое находится впереди ноши, оно будет тянуть ее «на себя».

Таким образом, каждый муравей вносит свой вклад в коллективное решение задачи, выбирая индивидуальный вариант своего поведения.

Подтверждает ли реальное поведение муравьев созданную модель

Ученые не остановились на достигнутом, и провели еще одно исследование с целью выяснить, как будут вести себя муравьи, если перед ними предстанет более сложная задача. Эта задача заключалась в доставке крошек в муравейник, если на пути возникал барьер, заграждающий путь, или требовалось протащить груз через узкую щель.

Задача подразумевала возникновение перед муравьями, передвигающимися с ношей преграды с узкой щелью, через которую каждое насекомое может пройти, а ноша не проходит. Созданная учеными модель снова предусматривала два варианта поведения:

  • муравьи собираются у прохода и пытаются протолкнуть груз;
  •  насекомые попытаются обойти препятствие, перемещая груз в сторону.

Но, как муравьи «договорятся», какой из вариантов выбрать? У них нет предводителя, который возьмет на себя принятие верного решения. Поэтому проблема должна решаться коллективно, хотя каждое насекомое действует в этой ситуации неосознанно.

Моделируя ситуацию, ученые предполагали, что выбор варианта ее решения будет зависеть от размера ноши и, соответственно, количества муравьев, привлеченных к ее доставке в муравейник. Соответственно созданной модели решение задачи будет осуществляться следующим образом:

  • если ноша относительно небольшая, то муравьи будут группироваться у щели, пытаясь ее протолкнуть;
  • если груз достаточно большой и группа состоит из большого количества муравьев, то они почти сразу же начнут искать обходной путь.

Что же было на самом деле?

Муравьям предложили крошки пищи разного размера. На пути к муравейнику разместили барьер с узкой щелью. Группа муравьев, переносившая груз меньшего размера, столкнувшись с препятствием, пыталась всяческим образом протолкнуть крошку в щель, им даже удалось перевернуть ее набок, и, если бы она хоть немного сжималась, им бы удалось достичь цели. Муравьи же, переносившие груз большего размера, не тратя зря времени, потащили его в обход препятствию.  То есть, поведение муравьев полностью подтвердило корректность созданной учеными математической модели.

Далее исследователи планируют смоделировать и проверить на практике поведение муравьев, доставляющих еду по пути, который полностью имитирует природную среду.

Наши статьи:

Метки: ,
Опубликовано в Это интересно

Полезная информация


Звоните 058-5858-338