Природа сообщества насекомых: программы и поля


Само гнездо находится в воздушном пространстве и содержит царскую камеру и множество других камер, переходов и грибных садов, в которых на перемолотой в муку древесине термиты выращивают грибы. Рабочие особи возводят эти сооружения из кусочков почвы, сначала смешанной с экскрементами или слюной, а затем высушенной до твердого состояния. Каким образом рабочие узнают, куда именно укладывать строительный материал?
Гнездо строится, но невозможно понять, каким образом каждый из членов колонии может увидеть нечто большее, чем собственный участок работы, в полном объеме представить себе план такого совершенного строения. Некоторые гнезда строятся многими поколениями рабочих, и каждое новое поколение должно каким-то образом получать информацию о том, что было сделано предыдущими. Существование подобных гнезд неизбежно наводит на мысль, что все работы ведутся в строгом порядке и по заранее намеченному плану.

Но каким образом рабочие в течение длительного времени могут столь эффективно обмениваться информацией? И кто составляет и хранит план гнезда?108
Вопрос, который в той или иной мере касается всех сообществ животных, в связи с термитами встает наиболее остро. Каким образом координируется деятельность отдельных особей и сообщество функционирует как единое целое? Оказывается, что целое здесь — нечто большее, чем сумма его отдельных частей, но что именно делает эту сумму единой системой?
ПРИРОДА СООБЩЕСТВА НАСЕКОМЫХ: ПРОГРАММЫ И ПОЛЯ
В биологии сообщества насекомых традиционно рассматриваются как единый организм или даже как некий суперорганизм. Эдвард О. Уилсон, исследовавший поведение общественных насекомых, а впоследствии ставший одним из Vснователей социобиологии, описал упадок концепции суперорганизма следующим образом:
Почти сорок лет, с 1911 по 1950 гг., эта концепция доминировала в научной литературе об общественных насекомых. Затем — именно тогда, когда идея, казалось бы, достигла пика своего развития — интерес к ней стал ослабевать, и в наши дни о ней упоминают лишь изредка. Упадок этой концепции служит примером того, как вдохновенные глобальные идеи в биологии нередко перерастают в экспериментальные редукционистские изыскания, вытесняющие саму идею. Что касается нынешнего поколения, столь приверженного редукционистской философии, то концепция суперорганизма дала ему очень привлекательный мираж, заставляющий нас все время двигаться к некой точке на горизонте.

Как только мы к ней приближаемся, мираж рассеивается и оставляет нас в совершенно неизвестной области, для исследования которой потребуется все наше внимание... Среди экспериментаторов бытует твердое убеждение, вытекающее из общего редукционистского характера биологии и сводящееся к тому, что со временем результаты всех разрозненных исследований каким-то образом сложатся в целостную картину109.
Но Уилсон честно признает, что задача моделирования конструкции сложных гнезд на основе информации о суммарном поведении отдельных насекомых до сих пор так и не решена и представляет собой проблему как для биологов, так и для математиков110.
Постоянные неудачи редукционистского подхода в последнее время привели к возрождению концепции суперорганизма111. Анализа поведения отдельных насекомых оказалось недостаточно: стало ясно, что его необходимо учитывать в сочетании с глобальными свойствами всей колонии. Каким же образом можно исследовать эти свойства?
В настоящее время самым популярным методом стали попытки смоделировать глобальные свойства колонии с помощью компьютера — по аналогии с теми исследованиями, в которых моделируется деятельность головного мозга. В этом случае на основе взаимодействия отдельных насекомых предпринимается попытка воссоздать глобальные свойства всей колонии точно так же, как на основе взаимодействия отдельных нервных клеток моделируются глобальные свойства всего головного мозга112. Современные виртуальные модели сообщества различных насекомых выполнены по образцу виртуальных моделей головного мозга, при построении которых используются методы нервных сетей, моделей параллельного распределения и клеточных автоматов113. Отдельные виртуальные насекомые программируются с определенным набором реакций, а затем всем им дается команда взаимодействовать с ближайшими соседями в соответствии с программой более высокого уровня — как и ведут себя общественные насекомые внутри колонии:


Поведенческие процессы, как и деятельность нервной системы, могут до некоторой степени определяться типом связи между минимальными элементами системы (отдельными муравьями или отдельными нервными клетками). Частный тип общественного поведения можно рассматривать как результат взаимодействия каждых двух соседних насекомых. (...) К примеру, в сообществах муравьев свойствами общественного поведения являются строительство муравейника, создание тропы или поведение муравьев-фуражиров114.
Компьютерное моделирование в своем роде весьма интересно, но оно не может ответить на большинство фундаментальных вопросов. Какие реалии физического мира соответствуют общим программам виртуальной модели, координирующим и запоминающим деятельность каждого отдельного насекомого? Компьютерные модели — это имитация разумного поведения, созданная людьми, преследующими определенную цель. Все программы, на основе которых создаются виртуальные модели колонии насекомых, играют ту же роль, что душа колонии или коллективный разум, гипотезы о которых выдвигались виталистами еще много лет назад, но затем были отвергнуты сторонниками механистической теории как мистические.

Виртуальные модели не могут объяснить, каким образом деятельность более высокого уровня, предполагающая наличие разума, может быть следствием механистического взаимодействия нервных клеток или отдельных насекомых. Наличие программ высокого уровня предполагается изначально.
Кроме того, компьютерные модели упускают из виду физические процессы, на основе которых функционирует система передачи информации внутри колонии. На сегодняшний день при построении всех моделей предполагается, что взаимодействие между насекомыми внутри колонии осуществляется только с помощью известных органов чувств, за счет реакции на физические прикосновения и определенный запах, а это допущение может оказаться ошибочным.
Наиболее многообещающей мне представляется гипотеза о том, что глобальная организация колонии термитов объясняется наличием особого поля. Поведение каждого отдельного насекомого координируется социальными полями, в которых содержится план строительства колонии. Точно так же, как под действием магнитного поля вокруг магнита выстраиваются железные опилки, под действием поля колонии из отдельных насекомых может складываться колония термитов.

Пытаться создать модель колонии общественных насекомых без учета таких полей — примерно то же самое, что объяснять поведение железных опилок без упоминания магнитного поля, предполагая, что опилки перемещаются под воздействием неких программ, заложенных в память каждой отдельной частички железа.
Термин поле ввел в научный обиход в 40-х гг. XIX в. Майкл Фарадей, выдающийся английский физик, изучавший электричество и магнетизм. Ключевая идея Фарадея состояла в том, что внимание следует сосредоточить на пространстве вокруг источника энергии, а не на самом источнике.

В XIX в. концепция существования поля полностью подтвердилась при исследовании электромагнитных явлений и света. В 20-е гг. XX в. Эйнштейн расширил понятие поля, в своей общей теории относительности включив в него гравитацию. По Эйнштейну, вся Вселенная находится внутри универсального гравитационного поля, которое искривляется вблизи материальных объектов.

Более того, в ходе успешного развития квантовой физики понятие поля стали использовать при описании всех атомных и субатомных структур. Частица каждого типа теперь рассматривается как квант энергии колебаний в соответствующем поле: электроны — это колебания в электронных полях, протоны — в протонных полях, и т.д. Поля — к примеру, электромагнитное или гравитационное — по своей природе отличаются друг от друга, но их объединяет общее свойство поля как области влияния с соответствующими пространственными характеристиками.
Поля по определению неделимы. Их нельзя расчленить на отдельные объекты или рассматривать как совокупность составляющих всей структуры. Современная физика склоняется к мнению, что сами элементарные частицы — производные полей. Физики уже свыклись с расширенной трактовкой концепции поля, но в биологию эти революционные идеи проникают медленно.



Начало было положено в 20-е гг. XX в., когда несколько эмбриологов и специалистов по биологии развития выдвинули гипотезу морфогенетических полей, помогающую объяснить развитие растений и животных. Морфогенетические поля мыслились как невидимые схемы или планы, в соответствии с которыми происходит развитие организмов115.
Концепция морфогенетических полей в наше время широко применяется специалистами по биологии развития. К примеру, она предлагает убедительное объяснение тому факту, что наши руки и ноги имеют различную форму, хотя состоят из одних и тех же генов и белков.



Содержание раздела