Муравьиная колония оказалась чем-то вроде нейронной сети

Во время экспериментов изучался порог сенсорной реакции в колониях муравьев Ooceraea biroi. Сенсорным порогом называют то явление, при котором уровень некого внешнего раздражителя становится довольно большим, чтобы вызывать поведенческую реакцию организма или группы организмов. У социальных насекомых пороги играют важную роль в поведенческих различиях отдельных насекомых, что приводит к формированию каст, а также в групповой реакции на изменения условий окружающей среды.

Ученые смогли создать "арену", в которой удалось регулировать температуру поверхности при помощи термоэлектрических компонентов – туда помещали колонии муравьев из десятков особей, у которых соотношение рабочих и личинок составляло два к одному. У O. biroi при этом нет маток, и насекомые размножаются партеногенетически, то есть бесполым путем, что помогло ученым контролировать генотипы у особей. В исходном состоянии температура емкости достигала 26°С. Спустя 48 часов, в течение которых муравьи строили гнездо, ученые резко повышали температуру на 15 минут с интервалом два часа.

Когда температура поднималась слишком сильно (до 40°С), муравьи резко изменяли свое поведение. Так, изначально муравьи постепенно повышали свою активность, а через какое-то время и вовсе покидали место гнездования организованно, в виде колонны. Но поскольку температура повышалась по всей арене, муравьи не могли найти места для нового гнезда, а их поведение становилось хаотичным. Во время понижения температуры насекомые успокаивались и начинали образовывать новую колонию.

Результаты исследования указывают, что реакция насекомых характеризуется сенсорным порогом, который зависит от размера группы и реализуется через социальную обратную связь между муравьями. Сначала на изменение температуры реагируют отдельные муравьи, то есть сенсорный порог превышается только для конкретных особей. После первого этапа длительностью приблизительно три минуты начинается второй длительностью 5–10 минут, когда принимается коллективное "решение", будет ли сенсорный порог превышен для всей популяции. Важную роль в этом играет взаимодействие между насекомыми: по словам ученых, активные муравьи оказывают возбуждающее действие на всю колонию, а спокойные – тормозящее.

В пограничных условиях отдельные муравьи способны подавлять свое восприятие сенсорных данных о внешней среде в пользу коллективного решения. Результирующее поведение колонии – это нечто большее, чем простое среднее из "мнений" отдельных муравьев. Тем не менее, подчеркнули исследователи, коллективный сенсорный порог зависит от того, как сильно варьируются индивидуальные пороги. Считается, что у медоносных пчел и шмелей вариабельность индивидуальных сенсорных порогов позволяет колонии успешно проветривать улья.