Zbiorowe poznanie mrówek rozszerzone o indywidualną świadomość
Gromady organizmów podejmujące zbiorowe decyzje od dawna stanowią dla nas obiekt fascynacji. Ich przykłady można mnożyć, należą do nich bowiem ławice ryb, stada ptaków, a nawet ludzki układ odpornościowy. Z jakich kanałów komunikacji korzystają? W jaki sposób poszczególne jednostki otrzymują konkretne zadania? Pomimo wielu badań, naukowcom wciąż nie udało się znaleźć odpowiedzi na te pytania. Jak wyjaśnia Ofer Feinerman: „Nasze mózgi nie są przystosowane do jednoczesnego dostrzegania zarówno drobnych szczegółów, jak i szerszej perspektywy w przypadku tak złożonego i rozproszonego systemu poznawczego”. W celu poszukiwania odpowiedzi Feinerman założył projekt ANTSolve, uzyskując finansowanie ze środków Europejskiej Rady ds. Badań Naukowych. Jego celem było pokonanie jednej z przeszkód stojących na drodze do lepszego zrozumienia tych zjawisk - niewielkiej dostępności kompleksowych, wieloskalowych danych z obserwacji empirycznych tych złożonych systemów. „Chcieliśmy porównać osiągnięcia jednostek z osiągnięciami grupy, aby na tej podstawie ustalić, czy zbiorowe poznanie grupy charakteryzuje się większą skutecznością”. Mowa o zjawisku, którego doświadczył każdy, kto kiedykolwiek próbował przenieść kanapę przez wąskie korytarze. Badacz zainteresował się tym zagadnieniem, gdy dostrzegł karmę dla kota wędrującą z miski po podłodze. „Poszczęściło się nam - nowy dom znajomego został usytuowany na szczycie ogromnego mrowiska będącego domem mrówek Paratrechina longicornis, nazywanych szalonymi mrówkami karaibskimi. Pomimo tego, że minęło już 10 lat, wciąż badamy to fascynujące zachowanie”, dodaje.
Nowe odkrycia dotyczące rozwiązywania problemów
Procesy poznawcze zachodzące w mózgu opierają się na złożonych interakcjach neuronów, które bywają trudne do zmierzenia i rozszyfrowania. Za przykład może posłużyć proces podejmowania decyzji, w przypadku którego w neuronach zachodzą dwa procesy analizujące dwie możliwe przyszłości. Choć model ten opiera się na solidnych podstawach, poszczególne procesy są trudne do zidentyfikowania i udowodnienia. „Kiedy mrówki niosące ciężary muszą dokonać wyboru między dwiema możliwościami, cały proces jest bezpośrednio odzwierciedlony w ruchu i zmianach kierunku poruszania się obciążenia. Jest to jeden z przykładów pokazujących, że w przypadku mrówek możemy zaobserwować zbiorowe procesy poznawcze, które są weryfikowalne doświadczalnie”, mówi Feinerman. Aby móc zaobserwować te zjawiska w praktyce, Feinerman wraz z zespołem stworzyli tor przeszkód dla mrówek wypełniony obszarami usianymi kamieniami, miejscami wymagającymi wycofywania się zanim możliwe stało się poruszanie do przodu, zbyt małymi wejściami do mrowiska, które uniemożliwiały wnoszenie przenoszonych ładunków, a także sytuacjami wymagającymi podjęcia decyzji lub wyboru jednej z wielu dróg do mrowiska. „Skomplikowaliśmy ich życia tak bardzo, jak to tylko możliwe”, zauważa Feinerman, który przeprowadził wszystkie doświadczenia na miejscu, nie zaś w laboratorium.
Wzajemnie uzupełniające się systemy poznawcze
Zespół filmował mrówki i przenoszone przez nie ładunki, aby zmierzyć parametry takie jak trajektorie, momenty chwytania i odkładania ładunku, ich ruch i rotację. „Aby móc spojrzeć na te zagadnienia z szerszej perspektywy, połączyliśmy model fizyczny opisujący skoordynowane stany cząsteczek wewnątrz magnesu z silnikiem fizycznym. Mowa o oprogramowaniu, które zwykle wykorzystywane jest w grach komputerowych w celu zapewnienia, by zachowanie przedmiotów w wirtualnym świecie było zgodne z prawami fizyki”, wyjaśnia Feinerman. „Ten stosunkowo prosty model stanowił punkt wyjścia do opisania zachowań mrówek”. Badaczom udało się wykazać, że system wykorzystywany przez mrówki opiera się na dwóch źródłach poznania - tym, które występuje w mózgu pojedynczej mrówki i tym, które opiera się na interakcjach wielu jednostek. Przypomina on wspomniany model cząsteczek. Oba te źródła wzajemnie się dopełniają, czego rezultatem jest zbiorowe poznanie kolonii. Jak wyjaśnia Feinerman: „Gdy mrówki przenoszą ładunek przez pole kamieni, zbiorowy ruch pomaga im przetoczyć się po skałach i skutecznie dotrzeć do mrowiska”. Gdyby jednak mrówki korzystały wyłącznie z kolektywnego podejścia, skutkiem byłoby utykanie w ślepych zaułkach. „To właśnie tutaj kluczową rolę odgrywają poszczególne mrówki. Ich wiedza na temat poruszania się w terenie pozwala wyprowadzić grupę ze ślepych zaułków, dzięki czemu mogą poruszać się dalej”.
Ludzie i mrówki - jak różni się ich sposób rozwiązywania problemów?
Współpraca przy przenoszeniu to zachowanie, które charakteryzuje tylko dwa gatunki - mrówki i ludzi. Z tego powodu badacze chcieli porównać, jak zmieniają się procesy poznawcze mrówek i ludzi, gdy rozwiązują problemy w grupach. W celu ustalenia w jaki sposób jednostki obu gatunków i duże grupy radzą sobie ze współpracą w celu rozwiązywania problemów, postawili uczestników badania przed problemem przesunięcia fortepianu, zakładającego przeniesienie dużego fortepianu o nietypowym kształcie przez ograniczony obszar. Jak zauważa Feinerman: „Odkryliśmy, że po normalizacji systemów komunikacji, grupy mrówek radziły sobie lepiej niż jednostki, natomiast w przypadku ludzi występowała odwrotna zależność - radzimy sobie lepiej, gdy jesteśmy sami”.
Słowa kluczowe
ANTSolve, mrówki, proces neuronalny, podejmowanie decyzji, zbiorowe poznanie, świadomość, poznanie, gromady biologiczne, silnik fizyczny, wspólne rozwiązywanie problemów
