Текст книги "Супермозг человечества"

Автор книги: Виктор Луговской

сообщить о нарушении

Текущая страница: 3 (всего у книги 15 страниц)

Наблюдения подтверждают гипотезу…

Прямые наблюдения за муравьями подтверждают гипотезу о внешних командах, управляющих поведением отдельного насекомого.

Типичным для муравья является неожиданное и резкое изменение направления движения, которое нельзя объяснить никакими видимыми внешними причинами. Часто можно наблюдать, как муравей на мгновенье останавливается и неожиданно поворачивает, продолжая движение под углом к прежнему направлению, а иногда и в обратную сторону. Наблюдаемую картину можно правдоподобно истолковать, как «остановку для приема управляющего сигнала» и «продолжение движения после получения приказа о новом направлении». При выполнении какой-либо трудовой операции муравей также может (правда, это случается заметно реже) прервать ее и перейти либо к другой операции, либо двигаться в сторону от места работы. Такое поведение также напоминает реакцию на внешний сигнал.

В групповой деятельности муравьев много примеров, которые очень трудно объяснить без использовании гипотезы супермозга. Р. Шовен рассказывает об эксперименте, в котором он поставил перед муравьями новую и сложную задачу, при решении которой нельзя было полагаться на предыдущий опыт. Исследуя процесс поддержания чистоты купола муравейника, он делал следующее:

«Можно, скажем, воткнуть спички в купол муравейника, расположив их концентрическими кругами, что позволит оценить степень активности муравьев… Муравьи без труда выдергивают спички, иногда уносят их на некоторое расстояние; кажется, они начинают с тех, которые ближе к вершине купола».

«Муравьи легко справляются со спичками, а вот как они поступят с «огромными “столбами” (величиной с карандаш), всаженными в самую толщу муравейника? То, что я тут увидел, мне до сих пор еще непонятно.

Я вставил в купол веточки, образовав из них вокруг вершины венчик, и стал ждать. Сначала – ничего определенного. Муравьи, которые терпеть не могут подобных вещей, в сильнейшем возбуждении подрывают основания веточек. Однако веточки, посаженные слишком глубоко, не поддаются. На следующей неделе держатся всего одна-две веточки, остальные повалены, а некоторые даже лежат внизу. Что же произошло? Случайный ли это результат систематических перестроек купола? Или можно предположить, что палочка в конце концов накренилась на одну сторону, так как муравьи подрывают купол преимущественно у основания накренившейся палочки. Это и должно было привести к устранению палочки, к ее падению с муравейника. Но тут можно лишь строить предположения; я не решаюсь говорить о возможности более сложного психического процесса, приводящего к решению задачи, с которой рабочие муравьи до сих пор никогда не встречались».

Но говорить об этом «более сложном психическом процессе» можно, если принять гипотезу «распределенного мозга» муравейника. Удаление веточек не такая сложная проблема для мозга, который успешно справляется с такой сложной инженерной задачей, как строительство термитника или купола муравейника.

Вот как Р. Шовен описывает термитник и говорит о проблемах, связанных с его строительством: «Никто не поверил бы, что все это не дело рук человека: шары, кувшиноподобные и колоколообразные купола, стенки которых состоят из рядами восходящих по спирали колонок, сложная система галерей, переходящих одна в другую, положенных одна под другой или скрещивающихся. И все безупречно правильно, словно выточено… Нас беспокоит все тот же вечный вопрос..: как могут крошечные букашки, не имея плана, возводить свои огромные постройки – эти пирамиды и соборы Св. Петра термитов? Следует ли считать, что план существует у них в мозгу, или нужно постараться придумать взамен этого плана нечто, заменяющее нам объяснение, вроде “духа улья” или “духа термитника”? Но прежде всего такой план не может вместить маленький мозг отдельного насекомого. Ведь если есть для нас что-нибудь действительно достоверное, то это именно тупость пчелы, муравья или термита, изолированных от коллектива. В одиночном состоянии они буквально ни на что не способны, разве что в короткий срок погибнуть по непонятным нам причинам».

К сожалению, сегодня мирмекология не может ответить на вопрос о том, как происходит координация деятельности больших групп муравьев при таких работах, как возведение муравейника. Найдены и изучены различные формы передачи информации внутри муравейника – через пищевой поток, пахучими метками, контактами и принятием особых поз. Обычно показывается достаточность такого рода обменов при поиска и транспортировки пищи, уходе за личинками и ряде других работ со сравнимым уровнем сложности. Далее неявно, а иногда и в явном виде, принимается, что этого уровня координации (точнее, самокоординации) достаточно для поддержания жизни муравейника.

Так А. А. Захаров говорит: «Понятно, что вся жизнь семьи и каждого ее члена должна быть строго регламентирована и регулироваться весьма совершенными механизмами, выработанными в ходе длительной эволюции муравьев как общественных насекомых. Действие регулирующих механизмов основывается на постоянной и необходимой связи всех особей в единой системе. Такая связь, осуществляемая по двум каналам – пищевому и сигнальному, обеспечивает достаточный уровень координации поведения муравьев, подчиняя его общим задачам.» И далее: «… семья не в состоянии дать индивиду полную программу действий в гнезде или на участке. Его поведение всегда носит печать индивидуальности. Семья же, ее потребности, лишь побуждают особь к действию, причем обычно в самой общей форме (нужна пища, холодно и т. п.). Задача и место ее выполнения конкретизируются при индивидуальном взаимодействии муравья с другими членами семьи в процессе их жизнедеятельности <…> согласованное поведение проявляется при взаимодействии любого количества муравьев. Обычно оно достигается посредством групповой иерархии и массового подражания большинства особей муравьям-активаторам. Самые общие задачи решаются путем постоянного контакта всех участников».

Другими словами, утверждается, что вся конкретная деятельность в муравейнике происходит под управлением локальной информации, которая получается и перерабатывается одним муравьем или малой группой. И хотя в приведенной выше цитате присутствует понятие семьи, из текста не видно, как ее интегральные потребности передаются муравью. Потребность в пище, холод и т. п. – это индивидуальные ощущения муравья, которые не обязательно характеризуют потребности муравейника в целом. Так, например, ощущение холода или тепла характеризует лишь локальные условия в той точке, где находится муравей, и могут не совпадать с тепловыми условиями в других частях муравейника.

Сторонники теории «самоорганизации муравьиной семьи» не учитывают того, что процесс самоорганизации – это процесс проб и ошибок, это поиски наощупь и только простейшие задачи решаются здесь достаточно быстро. Часто при доказательстве возможностей самоорганизации ссылаются на процесс эволюции, в которых переход от низших форм организации к высшим идет как бы «сам собой». Дествительно, для эволюционного процесса нет необходимости в постулировании какого-либо управляющего центра, но необходимо учитывать, что это очень длительный и неторопливый процесс. И длительность его только частично связана с относительно медленной сменой поколений. Главной причиной длительности процесса эволюции – ее «неуправляемость» и необходимость многочисленных проб.

Так называемые «эволюционные тупики» – это как раз и есть результаты таких проб.

Недаром говорят, что «эволюция слепа» – слеп любой процесс самоорганизации. Это совсем не означает, что он не может получить требуемый результат – просто результат получается после многих неудачных попыток.

Динамичные процессы жизни муравейника, в которых принимают участия сотни, тысячи и десятки тысяч муравьев уже только по своим временным характеристикам не могут быть процессами самоорганизации. Координировать сложную жизнь муравейника без централизованного контроля параметров этой жизни, доверяя принятие решения отдельным муравьям, также невозможно, как нельзя доверить управление железнодорожным движением машинистам, сидящим в кабинах своих локомотивов.

Строительство термитника с точки зрения организации работ ничуть не проще строительства высотного дома. И несмотря на то, что интеллектуальный уровень строительного рабочего неизмеримо выше интеллектуального уровня термита, возведение небоскреба немыслимо без сложной централизованной системы контроля и управления строительством и никто не может вести его, полагаясь только на самостоятельные решения строительных рабочих.

Гипотеза «распределенного мозга» просто и наглядно объясняет и проявления личной инициативы муравьев, и способность сообщества к проведению сложных работ с участием тысяч работников. Набор «трудовых макроопераций», хранящийся в «собственном сегменте», позволяет муравью выполнять эти макрооперации самостоятельно без участия внешнего контроля. С другой стороны, «распределенный мозг» муравейника, органами чувств которого являются десятки тысяч рецепторов отдельных муравьев, хорошо представляет ситуацию, как в самом муравейнике, так и в его окрестностях. Опираясь на эту информацию, он инициирует необходимые действия муравьев, управляя выполнением соответствующих цепочек «трудовых макроопераций». Такие работы, как, например, строительство муравейника идут под непосредственным непрерывным контролем «распределенного мозга», в котором хранится как общий план муравейника, так и технология его строительства.

Р. Шовен в своей теории «смены стимулов» утверждает, что отдельный муравей действует как заранее запрограммированный автомат, отдельные программы которого по необходимости включаются семьей.

Это удивительно точное описание того, как внешне выглядит работа системы с «распределенным мозгом» и оно хорошо соответствует аналогии муравьиной семьи с вычислительной машиной, неоднократно высказываемой Р. Шовеном.

Очень интересным с точки зрения гипотезы супермозга феноменом являются так называемые «ленивые муравьи». Наблюдения показывают, что совсем не все муравьи в семье являются образцами трудолюбия. Оказывается, примерно около 20 % муравьиной семьи практически не принимают участия в трудовой деятельности – это и есть «ленивые муравьи».

Исследования этого очень интересного явления показали, что «ленивые муравьи» это не муравьи на отдыхе, которые после восстановления сил включаются в работу. Оказалось, что если удалить из семьи заметную часть «работающих» муравьев, то соответственно повышается темп работы оставшихся «работников», а «ленивые муравьи» в работу не включаются.

Поэтому их нельзя считать ни «трудовым резервом», ни «отдыхающими».

Сегодня предложено два объяснения явлению «ленивых муравьев». В первом предполагается, что «ленивые муравьи» – это своеобразные «пенсионеры» муравейника – состарившиеся муравьи, неспособные к активной трудовой деятельности. Второе – еще проще: это просто муравьи, которые почему-то не хотят работать.

Так как других, более убедительных, объяснений нет, считаю, что имею право на еще одно объяснение. Для любой распределенной системы обработки информации, – а супермозг является одним из видов таких систем, – одной из основных проблем является обеспечение надежности системы.

Вообще, для любой сложной системы повышение надежности – задача первоочередная. Для супермозга же эта задача жизненно важна. Основу любой системы обработки информации представляет ее программное обеспечение, в котором закодированы принятые в системе методы анализа данных и принятия решений. Это в равной степени справедливо и для супермозга. Наверняка его программы сильно отличаются от программ, написанных для современных вычислительных систем. Но в том или ином виде они должны существовать, и именно они ответственны за результаты работы супермозга, т. е. в конечном счете, за выживание популяции.

Но, как уже говорилось выше, программы эти и данные, которые ими обрабатываются, не хранятся в одном месте, а разбиты на множество сегментов, расположенных в отдельных муравьях.

Но даже при очень большой надежности работы каждого элемента супермозга результирующая надежность системы получается невысокой.

Так например пусть надежность работы каждого элемента (сегмента) 0.9999, т. е. сбой в его работе возникает в среднем один раз на 10.000 обращений. Это высокая надежность, и очень неожиданный результат получается, если вычислить суммарную надежность системы, состоящей из, скажем, 60.000 таких сегментов. Она оказывается меньше 0.0025, т. е. по сравнению с надежностью отдельного элемента уменьшилась в примерно в 400 раз! В теории надежности разработаны и в современной технике используются различные способы повышения надежности больших систем.

Наверняка они известны и эволюции. Например, дублирование элементов резко повышает их надежность. Так, если при той же, что и в приведенном примере, надежности элемента его дублировать, то общее количество элементов возрастет вдвое, но зато суммарная надежность системы резко возрастет и станет практически равной надежности отдельного элемента.

Если вернуться к муравьиной семье, то нужно сказать, что надежность функционирования каждого сегмента супермозга значительно ниже приведенных выше величин, хотя бы из-за малого срока жизни и большой вероятности гибели носителей этих сегментов – отдельных муравьев.

Поэтому многократное дублирование сегментов супермозга является обязательным условием его нормального функционирования. Но, кроме дублирования есть и другие способы повышения суммарной надежности системы. Дело в том, что система в целом не одинаково реагирует на сбои в разных ее элементах. Есть сбои, которые фатально сказываются на работе системы: например, когда неправильно работает программа сегмента верхнего уровня, который обрабатывает информацию от группы узлов нижнего уровня или когда из-за сбоя теряются уникальные данные, повторно получить которые невозможно. Но если сбой происходит в сегменте, результаты работы которого можно каким-либо способом исправить, то эта неполадка приводит только к некоторой задержке в получении результата.

Кстати сказать, в реальных условиях большинство результатов, которые получает супермозг, относятся именно к этой группе и только в нечастых случаях сбои приводят к тяжелым последствиям. Поэтому, кроме дублирования, надежность системы можно увеличить еще и повышением, так сказать, «физической надежности» сегментов, в которых располагаются особо важные и невосстанавливаемые программы и данные.

Исходя из того, что сказано выше, можно предположить, что именно «ленивые муравьи» являются носителями специализированных особо важных сегментов распределенного мозга. Эти сегменты могут иметь различное назначение, например, выполнять функции поддержания целостности мозга при гибели отдельных муравьев, собирать и обрабатывать информацию с сегментов нижнего уровня, обеспечивать правильную последовательность выполнения задач супермозга и т. п.

Уход же от трудовой деятельности муравейника обеспечивает «ленивым муравьям» повышенную безопасность и «надежность существования». Так носители тех сегментов распределенного мозга, которые функционально особенно важны, защищаются от потенциальных опасностей, вероятность встречи с которыми при пребывании внутри муравейника существенно уменьшается.

Такое предположение о роли «ленивых» муравьев подтверждает эксперимент, проведенный в Стэндфордской лаборатории известного физика, лауреата Нобелевской премии И. Пригожина, который много занимался проблемами самоорганизации и коллективной деятельности. В этом эксперименте муравьиную семью разделили на две части, причем в одну вошли только «ленивые» муравьи, а в другую – «работники». Через некоторое время выяснилось, что «трудовой профиль» каждой новой семьи повторяет «трудовой профиль» исходной семьи. Оказалось, что в семье «ленивых» муравьев только каждый пятый остался «ленивым», а остальные активно включились в трудовую деятельность. В семье же «работников» та же пятая часть стала «ленивыми», а остальные остались «работниками».

Результаты этого изящного эксперимента легко объясняются с точки зрения гипотезы «распределенного мозга». Просто в каждой семье часть ее членов выделяется для хранения особо важных сегментов «распределенного мозга». Видимо, по структуре своей и строению нервной системы «ленивые» муравьи не отличаются от «работников» – просто в некоторый момент в них загружаются эти сегменты. Именно это и произошло с новыми семьями в описанном выше эксперименте – центральный мозг выполнил нечто похожее на загрузку нового программного обеспечения, и этим было закончено оформление муравьиных семей.

При описании предполагаемой структуры супермозга муравьиной семьи было сказано, что из-за малых размеров собственного сегмента муравья супермозг вынужден часто корректировать и направлять его работу. Поэтому супермозг оказывается очень сильно загруженным передачей команд собственным сегментам, и эта особенность работы супермозга имеет большое эволюционное значение.

В связи с этим уместно сказать несколько слов о тупике в развитии насекомых, о котором очень образно говорит Р. Шовен: «…по-видимому, первой ставкой жизни на земле был не человек, а насекомые: полтора миллиона их видов уже изучено, и по меньшей мере втрое больше осталось еще не изученных видов. Тысячи новых видов описываются ежегодно. И они подчинены общему закону развития в сторону повышения уровня психики. Но на этом пути встретилась одна серьезная помеха – размеры насекомых: они так малы, что у них неизбежно должны существовать ограничения в числе нервных элементов.

Как обойти это препятствие? И общества насекомых разрешили эту задачу – переплели в одно целое все крошечные индивидуальные мозги способами, в тайну которых мы теперь начинаем проникать. Так создалась основа для головокружительного взлета: возникло земледелие, скотоводство, сбор и запасание продовольствия, возникли войны и рабство.

А затем все остановилось. В чем дело? Ведь, казалось бы, оставалось сделать лишь один шаг. Но насекомые продолжают стоять на месте. Наука, несомненно, еще откроет нам причины этой задержки. Кто знает, не пошло ли все по иному пути на других планетах?».

Анализ особенностей информационного обмена супермозга насекомых с их «собственными сегментами» позволяет ответить на вопрос, заданный Р. Шовеном.

Давайте посмотрим более подробно, что произошло с муравьями.

Каким-то пока неизвестным науке способом, говорит Р. Шовен, им удалось объединять тысячи и десятки тысяч своих крошечных нервных систем в один большой мозг, и это сразу позволило им сделать бросок вперед в своем развитии. Они начали создавать цивилизацию, построили достаточно сложную техносферу и овладели разнообразными технологиями, которые позволяют им поддерживать эту техносферу и управлять ею.

Сделанный муравьями шаг по своему значению был эпохальным – впервые еще миллионы лет назад на земле начала зарождаться цивилизация.

Появилась и стала безупречно функционировать технологическая оболочка этой цивилизации – это было действительно эпохальное достижение эволюции, но по величине своей этот шаг был еще не очень велик. Это был только первый шаг. Но прошли десятки миллионов лет, в городах-муравейниках сменились миллионы поколений, но второго шага так и не было.

По каким-то непонятным причинам прогресс остановился, образовался эволюционный тупик, муравьиная цивилизация планетного масштаба не состоялась. Похоже, что Р. Шовен даже несколько жалеет об этом.

А ведь по-другому у насекомых и не могло быть. Размеры их не могут быть большими, так как у насекомых отсутствует активно действующая дыхательная система – кислород попадает к местам потребления «самотеком» по открытым на поверхности тела трубочкам-трахеям. Но объем тела и, стало быть потребность в кислороде пропорциональна кубу размера тела, а площадь поверхности, с которой кислород может поступать внутрь, пропорциональна квадрату этого размера. Это ограничивает размеры насекомых, так как при возрастании размера вдвое потребность в кислороде возрастает в восемь раз, а поверхность, с которой этот кислород проникает внутрь тела – только в четыре раза. Увеличение температуры воздуха усиливает конвективные потоки в трахеях, поэтому большие насекомые живут в жарком климате, но все равно – это маленькие существа.

Малый размер тела – это малый размер нервной системы и, стало быть, при объединении муравьев в супермозг на «собственный сегмент» остается мало ресурсов. Поэтому, как говорилось, выше, сложные операции отдельный муравей может выполнять только под контролем и под управлением супермозга.

Численность муравьиных семей разных видов колеблется от сотен до многих сотен тысяч насекомых, и сложность общественной жизни семьи прямо зависит от ее численности. Повышение сложности общественного устройства семьи повышает ее шансы на выживание и поэтому увеличение численности – это положительный фактор в борьбе за существование.

При росте численности семьи размер супермозга увеличивается, но одновременно растет и его загрузка управлением отдельными муравьями, так как «интеллектуальные способности» каждого муравья при росте численности не возрастают. В результате получается, что это управление начинает поглощать все больше ресурсов, обгоняя рост возможностей супермозга. Дело в том, что, при увеличении численности муравьев в семье, усложняется и ее общественная жизнь, что собственно и является целью увеличения численности. Поэтому «технологические процессы», в которых приходится участвовать каждому муравью, усложняются, это требует более частого вмешательства супермозга, и в результате его загрузка командами управления растет быстрее, чем возрастают его ресурсы за счет увеличения количества муравьев.

Но, кроме непосредственного управления каждым муравьем, у супермозга есть и другие, не менее важные функции. Он должен оценивать ситуацию в целом в муравейнике, следить за изменениями в окружающей среде и приспосабливать деятельность муравейника к этим изменениям, он должен оценивать наличные запасы пищи и состояние купола муравейника и делать еще множество дел жизненно важных для муравьиной семьи.

Перегрузка же его управлением муравьями отнимает ресурсы, необходимые для выполнения других функций и снижает качество их выполнения.

Поэтому по мере роста численности ее положительное влияние на жизнь муравейника уменьшается и рост муравьиной семьи прекращается. А для построения развитой «муравьиной цивилизации» необходимы совокупные усилия такого количества насекомых, управление которыми превышает, как показывает история эволюции муравьев, возможности их распределенного мозга.

Таким образом, малые размеры нервной системы ограничивают самостоятельность отдельного муравья и являются естественным ограничителем развития муравьиной семьи в целом.

Гипотеза супермозга, как видно из вышеизложенного, позволяет ответить на вопрос Р. Шовена о причинах тупика в развитии насекомых – эта цивилизация развивалась до тех пор, пока информационное самоторможение не остановило процесс ее роста и развития.