Ориентация по внутренней карте. Колонка в КомпьютерреOnline #65
Модели действительности социальных насекомых (пчёл и муравьёв) предназначены для управления движением, адаптивны, устроены весьма экономно и используют символы. Да, ещё. Они удивительно совершенны.
У попередній колонці я переконував читачів, що ключові етапи становлення людини можна розглядати крізь призму еволюції створюваних психікою моделей дійсності. Я згадав, що становлення таких моделей допомагало керувати рухом. Я хочу обговорити такі моделі докладніше і звернуся для цього до мови суспільних комах.
Мова бджіл стала предметом інтенсивного вивчення з часів Нобелівського лауреата Карла фон Фріша, його послідовника Мартіна Ліндауера та багатьох інших блискучих дослідників. Одним з відкриттів цієї наукової школи був опис виляючого танцю бджіл.
Бджола-розвідниця, виявивши на відстані від вулика джерело корму, виконує в темряві вулика на вертикально розташованих стільниках специфічний танець. Вона бігає вісімкою. Частота виляючих вказівок черевця слугує мірою відстані до корму, а кут нахилу центральної частини вісімки відносно вертикалі відповідає куту потрібного напрямку польоту відносно проєкції напрямку на сонце на земну поверхню.
Незрозуміло? Ось малюнок (узято звідси зі змінами), який це прояснить.
Коли бджола-розвідниця танцює на горизонтальній поверхні (наприклад, на прилітній дошці), центральна частина описуваної нею фігури показує напрямок польоту до цілі. Якщо танець виконується на поверхні стільників, відхилення центральної частини виписуваної фігури від вертикалі показує кут між напрямком польоту і напрямком у бік сонця
Фріш стверджував, що бджола-розвідниця точно інформує про потрібний напрямок польоту інших робочих бджіл. Ціла серія пізніших експериментів показала, що більша частина «слухачок» орієнтується не на геометричні вказівки, а просто на запах корму. Утім, здається, що близько 10 відсотків спостерігачок танцю летить саме туди, куди треба. Можна вважати, що це свідчить про неефективність бджолиної мови. Утім, як викладач зі стажем, можу запевнити читачів: 10 відсотків слухачів, які справді зрозуміли складні пояснення, - непоганий результат для педагога-людини.
Суперечки навколо бджолиних танців тривають, але, здається, ніхто не заперечує самого факту їхньої наявності. Фігури, які виписує під час танцю бджола-розвідниця, відображають те уявлення про ціль, яке є в її надглотковому ганглії (який, за словами Фріша, «менший за просяну зернинку»). Здається, все-таки деякі зі спостерігачів (і бджіл-сусідок по вулику, і дослідників-біологів) розшифровують ці танці правильно.
Чому бджоли використовують за орієнтир саме положення сонця? Фасеткове око комах здатне сприймати площину поляризації світла, і бджола легко обчислює положення денного світила, навіть коли воно сховане за щільними хмарами. Але в орієнтації за сонцем є й один суттєвий недолік: його диск увесь час рухається по небу. Іноді бджолам доводиться літати по взяток на значну відстань. За час такого польоту сонце добряче зміщується по небу. Що ж робити? Перераховувати напрямки й кути! Очевидно, що це можливо лише за наявності внутрішнього годинника.
Забезпечення настільки досконалого механізму орієнтації - непросте завдання. Воно потребує ефективного оброблення даних, пов’язаних з ходом часу й положенням у просторі. Бджоли - давня група, і їхній механізм орієнтації - результат еволюції протягом десятків мільйонів років. Його виникнення виправдане тим, що використання такого механізму контролю польоту набагато підвищує ефективність живлення.
Аналізуючи поведінку бджіл, ми можемо дещо дізнатися про те, як вони працюють з моделлю простору. Розповім про експеримент, у якому використовується нелюбов бджіл до перельоту через високі перешкоди. Бджіл змушували летіти до цілі, що була за високим будинком. Можливі маршрути показано на малюнку.
Ціль, до якої летять бджоли, розташована за перешкодою. Як ви гадаєте, який з маршрутів, позначених цифрами 1, 2, 3 і 4, вони обирають?
Перший висновок, який можна зробити за результатами цього експерименту, полягає в тому, що бджоли-розвідниці не повідомляють, з якого боку треба огинати перешкоду. Долетівши до стіни будинку, збиральниці нектару повертають як доведеться - праворуч або ліворуч. Долітають до краю будинку і...
У танці розвідниці, який спрямував їх у путь, було закодовано напрямок на ціль і відстань до неї по прямій. Може, збиральниці повертаються на ту лінію, від якої відхилилися? Ні. Вони обирають варіанти маршрутів 1 або 4 і летять прямо на ціль (з певною похибкою, наслідком неточностей передавання інформації та орієнтації на місцевості).
Розвідниця, яка спрямувала їх до корму, подолала більший шлях, ніж відстань від цілі до вулика по прямій, але вказала в танці все-таки саме її. Збиральниці встановили, де розташована ціль на внутрішній карті, і далі, відхиляючись від прямого маршруту через неописані перешкоди, летять до неї найкоротшим можливим шляхом. Зверніть увагу на трикутник, показаний сірим кольором: у своїх обчисленнях бджоли використовують правило, яке ми називаємо теоремою Піфагора.
Ми не знаємо, як організована модель простору в психіці бджоли, але вона має властивості внутрішньої карти...
І тепер - остання, забійна, на мій погляд, деталь. Бджоли збирають нектар лише вдень, і вдень же танцюють. Протягом світлої частини доби в нашій, північній півкулі сонце долає шлях зі сходу через південний бік небосхилу до заходу. У північному боці неба в нашій півкулі сонце не опиняється ніколи. Уночі воно проходить з іншого боку Землі, під нашими ногами - із заходу через північний бік на схід.
А чи зрозуміють бджоли, де розташоване сонце вночі? Знайдено способи змусити їх танцювати ночами. Один з них - спрямувати у вулик бджолу, яка збуджена відкриттям нового джерела корму, і потім накрити її на стільниках тісною дротяною сіточкою. Інший спосіб пов’язаний із ситуацією пошуку нового сховку для рою, що готується до вильоту.
Де, з погляду мови бджіл, розташоване сонце вночі? На півночі! З нашого погляду, щоб правильно розраховувати положення світила, треба розуміти логіку добового обертання Землі. Коли людство правильно зрозуміло цей факт? Бджоли почали використовувати це знання в неявній формі набагато раніше.
Наявність у психіці бджіл відображення добового обертання Землі може видатися дивом. Як внутрішня модель, що розвивалася для адаптивних цілей, змогла прийти у відповідність з астрономічною дійсністю?
У мене немає чіткої відповіді на це запитання, але я припускаю, що найефективніше пояснення руху сонця - найпростіше математично, найощадливіше. Наш світ теж організований ощадливо. Найбільш адаптивною виявилася та модель, логіка якої збіглася з дійсним устроєм фізичного світу.
Читачі відчувають певний когнітивний дисонанс? Раніше вам здавалося, що символічний опис дійсності - прерогатива людини? Тоді я доб’ю вас розповіддю про особливості мови мурах.
Мурашина комунікація вивчена гірше за бджолину. На щастя, за грамотної постановки досліду можна дізнатися дещо про модель дійсності й цих перетинчастокрилих.
Почитайте опис експериментів Жанни Резникової та Бориса Рябка, які вивчають у Сибіру комунікацію мурах. Штучне гніздо. Дерев’яна гребінка з кількома десятками зубців. Із зубця на зубець можна перейти лише через основу гребінки. Розвіднику показують корм, розташований на одному із зубців. Той біжить у гніздо по підмогу і щось «пояснює» родичам. Поки відбувається передавання інформації, гребінку міняють на аналогічну, позбавлену запахових міток, які залишив мурах. Через певний час, потрібний для передавання інформації, з гнізда вибігає команда. Розвідника на цьому етапі пінцетом вихоплюють із гнізда - щоб не показував шлях. Це не заважає команді, що вийшла, прямісінько попрямувати до потрібного зубця. Корм на нього кладуть уже тоді, коли вибір зроблено (щоб мурахи орієнтувалися за отриманою інформацією, а не, приміром, за запахом корму). Орієнтуватися можна лише за номером зубця. Уявіть собі, за цих умов мурахи повідомляють одна одній, де шукати корм!
Мурахи знайшли ціль - краплю нектару (фото з процитованого огляду)
І це ще не все. Чим більший номер зубця, тим довше відбувається передавання інформації. Грубо кажучи, щоб передати, що корм на шістдесятому зубці, треба 59 разів «сказати» щось на кшталт «пройди повз цей зубець і дійди до наступного». Для такого пояснення потрібно набагато більше часу, ніж для опису шляху до другого зубця. Поки зрозуміло?
А потім мурах привчили частіше знаходити корм на певних (за рахунком - жодних міток!) зубцях. Потім переклали приманку на сусідні зі знайомими - і зареєстрували скорочення часу, потрібного для передавання інформації.
Виходить, мурахи не описують шлях від початку до кінця, а передають щось на кшталт команди «на два зубці раніше, ніж у такому-то з нещодавніх місць». Отже, у їхній системі комунікації з’явилися загальнозрозумілі позначення для тих зубців, де їжа опинялася відносно часто.
Зверніть увагу на красу цих експериментів. Ми не знаємо, як влаштована мова мурах, але просто за часом передавання інформації можна з’ясувати дещо суттєве щодо принципів її функціонування. І завдяки цьому ми отримуємо свідчення, що модель простору, яку використовують мурахи, послуговується символами й виявляється пластичною, такою, що коригується під час використання! Очевидно, мова, змінювана залежно від ситуації, виявилася ефективнішою, ніж заздалегідь жорстко прошита в генах однозначна схема.
Ви ще не готові переглянути своє ставлення до комах?
Отже, описуючи моделі дійсності, властиві суспільним перетинчастокрилим (бджолам і мурахам), ми побачили кілька їхніх спільних властивостей. Вони призначені для керування рухом. Вони адаптивні. Вони організовані ощадливо. Вони послуговуються символами.
І ще одне. Вони напрочуд досконалі.
Повертаючись до минулої колонки, скажу, що ми не знаємо, чи сприймають бджоли й мурахи світ навколо них як неперервний і цілісний процес, чи як сукупність окремих стимулів. Але між їхнім і нашим внутрішнім світом є чимало спільного. А дізнатися це ми змогли тому, що моделі в психіці цих комах проявляються в ході їхньої взаємодії одна з одною. Хіба про внутрішній світ людей ми судимо якось інакше?
До речі, робота з простором відіграла особливу роль і в становленні наших моделей, що підтримуються при взаємодії людей. Наука як сукупність положень, послідовно виведених з початкових принципів і перевірюваних спостережень, виросла з «Начал» Евкліда, а самі «Начала» підбили підсумок досвіду роботи з простором. Ні-ні, я не хочу применшити роль попередників Евкліда, та й як можна применшити роль «батька всіх наук» Аристотеля. Але все ж першу (принаймні з тих, що дійшли до нас) цілісну дедуктивну систему створив саме Евклід. Отже, є дещо спільне в розвитку індивідуальних моделей суспільних комах і нашої колективної моделі дійсності - науки.
А які особливості є для наших внутрішніх моделей дійсності унікальними? Ні-ні, я кажу не про унікальність наших стосунків із середовищем, яку обговорював у серії «кавових» колонок (ця і п’ять наступних) рік тому. Тоді, рік тому, я навмисно відмовився від обговорення особливостей внутрішнього світу різних істот. Але раз ми можемо висловлювати судження про роботу моделей мурах, ми можемо замислитися й про роботу власних моделей. І які ж особливості таких моделей є нашою прерогативою?
Про це - не зараз.
| ← | Дмитро Шабанов | → |
| Цілісна модель буття | Орієнтація за внутрішньою картою | Судьба точек роста в системе декоративного образования |
| Колонка в КомпьютерреOnline #64 | Колонка в Комп'ютеррі Online #65 | Колонка в КомпьютерреOnline #66 |