Разгадка тайны роения: когнитивные механизмы саранчи

Каждое нашествие пустынной саранчи — это стихийное бедствие, способное уничтожить посевы и оставить миллионы людей без продовольствия. Эти гигантские рои, охватывающие целые регионы, всегда поражали ученых своей слаженностью. Долгое время считалось, что координация их движения подчиняется простым правилам: каждая особь просто повторяет движение соседей, создавая упорядоченный поток. Однако недавнее исследование, проведенное учеными из Констанцского университета, перевернуло представления о механизмах, управляющих коллективным поведением саранчи. Оказалось, что эти насекомые не просто следуют за окружающими — они анализируют информацию, принимают решения и используют сложные когнитивные процессы.

Исследователи подошли к изучению этого феномена с нескольких сторон. В 2020 году во время одного из самых мощных нашествий саранчи в Восточной Африке они проводили полевые наблюдения, фиксируя закономерности движения роя. В лабораторных экспериментах ученые изучали поведенческие реакции отдельных насекомых. Но наиболее впечатляющие результаты дала работа с технологиями виртуальной реальности. В специальной установке саранчу помещали в окружение компьютерных «голографических» роев, имитирующих поведение настоящих собратьев. Это позволило точно контролировать визуальные стимулы и изолировать факторы, влияющие на поведение насекомых.

Выяснилось, что саранча не использует автоматический «оптомоторный рефлекс», который заставляет многих животных следовать за движущимися объектами. Вместо этого она оценивает положение соседей относительно себя и принимает осмысленные решения. Например, когда перед насекомыми создавали два виртуальных роя, движущихся в одном направлении, саранча не просто плыла по общему потоку, а выбирала один из них, целенаправленно следуя за конкретной группой. Это наблюдение свидетельствует о сложной интеграции сенсорных сигналов и внутреннем механизме «консенсуса», который помогает насекомым вырабатывать стратегию движения.

Еще одно важное открытие касалось перехода от хаотичного движения к упорядоченному роению. Ранее считалось, что этот процесс запускается при достижении критической плотности особей. Однако эксперименты показали, что ключевую роль играет не число насекомых, а четкость визуальных сигналов. Когда информация о направлении движения становится достаточно ясной, саранча принимает согласованное решение двигаться вместе. «Речь идет о качестве информации, а не о ее количестве», — подчеркивает Серкан Саин, один из авторов исследования.

На основе этих данных ученые разработали новую модель коллективного поведения, основанную на нейробиологических принципах. Согласно этой модели, саранча принимает решения с помощью «кольцевого аттрактора» — сети нейронов, обрабатывающей информацию о положении окружающих особей. Этот механизм позволяет каждому насекомому не просто реагировать на соседей, а активно выбирать направление движения, используя внутреннюю карту окружающей среды.

Открытие меняет не только представления о жизни саранчи, но и подход к изучению коллективного поведения в целом. Многие модели движения стай, косяков рыб и даже человеческих толп основывались на предположении, что индивиды следуют простым локальным правилам. Теперь становится ясно, что за этим могут стоять сложные когнитивные процессы. Эти знания помогут не только лучше прогнозировать маршруты миграции саранчи, но и создадут новую основу для разработки алгоритмов управления роботизированными системами, имитирующими групповые движения.

«Наше исследование — это смена парадигмы», — говорит ведущий автор работы Иэн Кузин. «Мы показали, что коллективное поведение строится на осознанных решениях, а не на механическом следовании за соседями». Дальнейшие исследования могут выявить сходные механизмы у других видов, а возможно, даже найти аналогии в человеческом обществе. Ведь если даже саранча способна принимать осмысленные решения, что это говорит о нашей собственной способности координироваться в группе?

Geo

Источник: vk.com

Комментарии: