Scisne?

Рыбы помогают друг другу выбрать правильное решение

Комментарии: 0

Знаменитая рыбка Gambusia holbrooki, из-за своей способности уничтожать малярийных комаров акклиматизированная во многих частях света, теперь приняла участие в экспериментах по коллективному поведению. Фото с сайта uq.edu.au
Знаменитая рыбка Gambusia holbrooki, из-за своей способности уничтожать малярийных комаров акклиматизированная во многих частях света, теперь приняла участие в экспериментах по коллективному поведению. Фото с сайта uq.edu.au

Международная группа ученых, проведя эксперименты на рыбах, показала, что коллективные решения рыб адекватнее и точнее, чем поведение одиночек. С увеличением размера групп точность принятия решений увеличивается. Причем улучшение показателей связано не с действиями особо внимательных или по какому-то еще критерию более развитых индивидов, а в результате самоорганизации коллектива. Важным оказывается более быстрое получение информации и распространение ее между рыбками в стайке. Получается, что в стаях рыб, как и в коллективах людей, адекватное поведение во многом зависит от социальных навыков членов коллектива, а не от усилий выдающихся одиночек.

Коллективное поведение часто бывает выгодно особям того или иного вида. Не случайно оно широко распространено как в макро-, так и в микромире, не случайно у многоклеточных ясные и безошибочные следы коллективного поведения можно встретить уже в кембрийское время (см.: Новые находки ископаемых удревнили историю членистоногих, «Элементы», 14.10.2008). Следуя выгоде, животные приобретают в ходе эволюции специальные приспособления и навыки, которые диктуют им, когда пора собираться в стаи (см.: Чувство кворума: принятие коллективных решений в микро- и макромире, «Элементы», 02.04.2009). Тут им помогают сигнальные вещества: большая или меньшая концентрация таких веществ регулирует размер и организацию групп.

Существенно сложнее вопрос о механизмах принятия групповых решений. Если мы имеем дело с коллективом людей, то принятие решений диктуется разумом или какими-то иными человеческими качествами. А что если перед нами коллектив животных — табун лошадей, стая птиц, косяк рыб? Тут вряд ли уместно принимать в расчет разум (по крайней мере, в человеческом понимании!). Но вот что замечательно: поведение животных, собравшихся вместе, лучше соответствует ситуации, чем поведение одиночек. То есть решение, принятое группой, лучше подходит к текущей задаче, и возрастание числа индивидов в группе положительно сказывается на точности решений, пока коллектив не разрастается чрезмерно.

Это означает, что группа животных имеет какой-то особый механизм принятия решений, не свойственный отдельным особям (собственно, то же справедливо и для людей). Как группам животных удается принимать согласованные и более адекватные (правильные) решения? Этот вопрос смогли прояснить специалисты из четырех лабораторий — в Сиднейском (Австралия) и Уппсальском (Швеция) университетах, Университете Гумбольдта и Институте пресноводной экологии и рыболовства (два последних в Берлине, Германия).

Объектом исследования стали маленькие (около двух сантиметров) рыбки гамбузии. Их помещали в специальный аквариум из матового плексигласа (рис. 1). Устройство аквариума позволяло измерять скорость и точность принятия решений.

Рис. 1. Схема аквариума для эксперимента по принятию рыбками решений. Рис. из обсуждаемой статьи в PNAS
Рис. 1. Схема аквариума для эксперимента по принятию рыбками решений. Рис. из обсуждаемой статьи в PNAS

В один из рукавов аквариума помещали условного хищника, а гамбузий выпускали из плексигласового короба в начале широкой трассы. Глубина на старте (в месте установки короба) была слишком мала, чтобы рыбки чувствовали себя комфортно, поэтому они вынуждены были искать место поглубже, то есть плыть к развилке — к двум «рукавам» аквариума. Правильное решение в данном опыте — выбрать рукав, в котором нет хищника. Это значит, что хищника нужно вовремя заметить и плыть в безопасный рукав.

Аквариум условно был разделен на зоны: зону приближения и зону принятия решения. Фиксировалось время, за которое рыбки преодолевали обе зоны, а также извилистость маршрута (использовалась видеосъемка). Степень извилистости отражала степень точности (определенности) принятого решения: чем менее извилист был маршрут, тем точнее решение. Вот так изящно можно измерить в эксперименте столь абстрактно-неуловимое на первый взгляд свойство — способность рыб принимать точное решение.

Гамбузий выпускали в аквариум поодиночке и группами разной величины (от 1 до 16 рыбок) и измеряли скорость движения рыбок и время, проведенное в обеих зонах. Оказалось, что скорость плаванья в зоне приближения не зависит от величины группы, а скорость движения в зоне принятия решений увеличивается с увеличением размера группы. Зато время, проведенное и в зоне приближения, и в зоне принятия решения, сокращается. Это означает, что чем больше группа, тем менее сложным маршрутом рыбки доплывают до «спасительного» рукава.

Рис. 2. Гистограмма, показывающая, с какой скоростью (в мм/с) рыбки двигались в зоне приближения (белые столбики) и в зоне принятия решений (серые столбики). Рис. из обсуждаемой статьи в PNAS
Рис. 2. Гистограмма, показывающая, с какой скоростью (в мм/с) рыбки двигались в зоне приближения (белые столбики) и в зоне принятия решений (серые столбики). Рис. из обсуждаемой статьи в PNAS

Гистограмма на рис. 2 показывает, что с размером группы увеличивается скорость плаванья; особенно хорошо это видно в больших группах. У одиночек скорость плаванья в зоне принятия решений наименьшая, в группе из 16 рыбок она увеличивается вдвое по сравнению с одиночками. При этом время, затраченное на преодоление зоны принятия решений, также постепенно сокращается.

Рис. 3. Гистограмма, показывающая время (в секундах), проведенное рыбками в зоне приближения (белые столбики) и в зоне принятия решений (серые столбики). Рис. из обсуждаемой статьи в PNAS
Рис. 3. Гистограмма, показывающая время (в секундах), проведенное рыбками в зоне приближения (белые столбики) и в зоне принятия решений (серые столбики). Рис. из обсуждаемой статьи в PNAS

Больше всего времени для решительного броска требуется одиночкам: если зону приближения они преодолевают относительно быстро, то при необходимости выбора они в нерешительности замедляют ход (рис. 3). Также замедляются, но совсем чуть-чуть, пары рыбок.

Рис. 4. Гистограмма, показывающая степень извилистости маршрута рыбок в зоне приближения (белые столбики) и в зоне принятия решений (серые столбики). Рис. из обсуждаемой статьи в PNAS
Рис. 4. Гистограмма, показывающая степень извилистости маршрута рыбок в зоне приближения (белые столбики) и в зоне принятия решений (серые столбики). Рис. из обсуждаемой статьи в PNAS

Сложность маршрута (общий путь, поделенный на кратчайшее расстояние, или число поворотов) в зоне принятия решения резко снижается при возрастании размера стайки до 4–8 рыбок (рис. 4). В зоне приближения сложность маршрута снижается не столь заметно.

Все три показателя свидетельствуют о том, что стайка из 4–16 рыбок ведет себя более решительно при необходимости выбора.

Ученые предположили два разных механизма принятия решений. Первый — решения принимаются элитарной группой «интеллектуалов», а остальные безоговорочно следуют за ними. Второй — в группе вступают в действие некие процессы самоорганизации.

Первую гипотезу легко проверить. Для этого нужно выявить, есть ли такие рыбки, которые находят нужный маршрут точнее, чем их товарищи, и если они есть, то в какой части стайки — впереди или позади — эти интеллектуалы плывут. Оказалось, что вариабельность по этому параметру незначительна, а те, кто принимает решения всё же лучше прочих, в стайке располагаются случайным образом. Иными словами, улучшение точности и скорости выбора нужного пути группой не зависит от интеллектуальных усилий одиночек. Тут дело в групповом контакте.

Его наличие удалось доказать, подсчитав корреляцию направления движения двух лидирующих рыбок: в пределах 6 см движения рыбок исключительно согласованны. Сама лидирующая рыбка точнее всего плывет тогда, когда вместе с ней в зоне принятия решения находится побольше компаньонов. Из этого следует, что лидер учитывает и действия соседних рыб, так или иначе наблюдая за ними.

Итак, стайка рыб лучше и быстрее опознает хищника, чем одиночки. Вероятно, здесь имеет значение количество бдительных глаз (или других органов чувств): в этом случае повышаются шансы быстро заметить хищника, а также снижается для каждой рыбки зона необходимого обзора. В результате члены рыбьего коллектива быстрее получают информацию о местонахождении хищника. Теперь важно распространить ее среди членов коллектива. То есть надо не только полагаться на свою внимательность, но и доверять товарищам, отслеживая их действия.

Согласованные движения двух лидирующих рыбок показывают, что поведение каждой из них и вправду строится с учетом отслеживания действий товарища. Результаты опыта показывают, что рыбки в стае, по всей вероятности, умеют доверять друг другу, повторяют действия друг друга и получают от этого доверия взаимную выгоду. Движения первого, кто увидит хищника, подхватываются всеми остальными — и стайка в безопасности.

Интересно, что в исследованиях творческих способностей коллективов людей — их умения быстро и точно находить правильные решения — также выявилась большая роль способности к социальным контактам (см.: Измерение «коллективного интеллекта» оказалось возможным, «Элементы», 03.11.2010). Творческий потенциал человеческого коллектива мало зависит от лидерства отдельных умников, а больше от способности учитывать действия друг друга. Эта аналогия чрезвычайно показательна для понимания эволюции поведения.

Источник: Ashley J. W. Ward, James E. Herbert-Read, David J. T. Sumpter, Jens Krause. Fast and accurate decisions through collective vigilance in fish shoals // PNAS. Published online before print January 24, 2011. doi: 10.1073/pnas.1007102108.

Елена Наймарк
"Элементы"

Комментарии: 0