Даниэль Кронауэр и Асаф Гал из университета Рокфеллера разработали новую экспериментальную установку для тщательного анализа процесса принятия решений в муравьиных колониях. Они обнаружили, что когда колония эвакуируется из-за повышения температуры, ее решение зависит как от степени повышения температуры, так и от размера муравьиной группы.

Полученные данные свидетельствуют о том, что муравьи объединяют сенсорную информацию с параметрами колонии, чтобы получить групповой ответ — процесс, похожий на нейронные вычисления в мозге, предшествующие принятию решений.

"Мы первыми предложили подход к пониманию муравьиной колонии как когнитивной системы, которая воспринимает входные данные, и затем на основе них формирует поведение, — говорит Кронауэр, глава лаборатории социальной эволюции и поведения. — Это один из первых шагов к настоящему пониманию того, как в сообществах насекомых происходят коллективные вычисления".

На самом базовом уровне принятие решений сводится к серии вычислений, направленных на максимизацию выгоды и минимизацию затрат. Например, в распространенном типе принятия решений, называемом пороговой сенсорной реакцией,  энергозатратное поведение вызывается только в том случае, если входящая сенсорная информация превышает определенный уровень. Если, к примеру, повышение температуры недостаточно велико, покидать насиженное место не имеет смысла. 

Кронауэр и Гал хотели изучить, как этот тип обработки информации происходит на коллективном уровне, где в игру вступает групповая динамика. Они разработали систему, в которой можно было тревожить муравьиную колонию контролируемым повышением температуры. Чтобы отследить поведенческие реакции отдельных муравьев и всей колонии, они пометили каждое насекомое разными цветными точками и следили за их перемещениями с помощью камеры наблюдения. 

Как и ожидали исследователи, колонии установленного размера из 36 рабочих муравьев и 18 личинок уверенно покидали свое гнездо, когда температура достигала 34 градусов Цельсия.

Удивление ученых вызвало то, что муравьи реагируют не только на температуру. Когда они увеличили размер колонии с 10 до 200 особей, температура, необходимая для принятия решения об уходе, повысилась. Колонии из 200 особей, например, держались до тех пор, пока температура не поднималась выше 36 градусов. "Похоже, что порог не является фиксированным. Скорее, это свойство, которое меняется в зависимости от размера группы", — говорит Кронауэр. 

Ученые связывают этот эффект с феромонами, которые передают информацию между муравьями. Возможно, они масштабируют свой эффект при увеличении количества муравьев. Такое предположение основано на математической модели, однако исследователи не могут сказать наверняка, почему для переселения больших колоний требуется более высокая температура. Кронауэр полагает, что чем больше размер колонии, тем более обременительным является ее переселение, поэтому колонии могут терпеть большую критическую температуру.

В будущих исследованиях Кронауэр и Гал надеются усовершенствовать свою теоретическую модель процесса принятия решений в муравьиной колонии, манипулируя большим количеством параметров и наблюдая за реакцией насекомых. Например, они могут изменить уровень феромонов в вольере муравьев или создать генетически измененных муравьев с различными способностями к обнаружению изменений температуры.

Исследование опубликовано в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.