Дмитрий Шабанов: Ориентация по внутренней карте

Модели действительности социальных насекомых (пчёл и муравьёв) предназначены для управления движением, адаптивны, устроены весьма экономно и используют символы. Да, ещё. Они удивительно совершенны.

В предыдущей колонке я убеждал читателей, что ключевые этапы становления человека можно рассматривать через призму эволюции создаваемых психикой моделей действительности. Я упомянул, что становление таких моделей помогало управлять движением. Я хочу обсудить такие модели подробнее и обращусь для этого к языку социальных насекомых.

Язык пчёл стал предметом интенсивного изучения со времён Нобелевского лауреата Карла фон Фриша, его последователя Мартина Линдауэра и многих других блестящих исследователей. Одним из открытий этой научной школы было описание виляющего танца пчёл.

Пчела-разведчица, обнаружив в отдалении от улья источник корма, выполняет в темноте улья на вертикально расположенных сотах специфический танец. Она бегает по восьмёрке. Частота виляющих указаний брюшка является мерой расстояния до корма, а угол наклона центральной части восьмёрки относительно вертикали соответствует углу требуемого направления полёта относительно проекции направления на солнце на земную поверхность.

Непонятно? Вот картинка (взято отсюда с изменениями), которая это прояснит.

Когда пчела-разведчица танцует на горизонтальной поверхности (например, на прилётной доске), центральная часть описываемой ею фигуры показывает направление полёта к цели. Если танец выполняется на поверхности сот, отклонение центральной части выписываемой фигуры от вертикали показывает угол между направлением полёта и направлением в сторону солнца.

Фриш утверждал, что пчела-разведчица точно информирует о необходимом направлении полёта других рабочих пчёл. Целая серия более поздних экспериментов показала, что большая часть из "слушательниц" ориентируется не на геометрические указания, а просто на запах корма. Впрочем, кажется, что порядка 10 процентов наблюдательниц танца летит именно туда, куда надо. Можно считать, что это свидетельствует о неэффективности пчелиного языка. Впрочем, как преподаватель со стажем, могу заверить читателей: 10 процентов слушателей, действительно понявших сложные объяснения, – неплохой результат для педагога-человека.

Споры вокруг пчелиных танцев продолжаются, но, кажется, никто не оспаривает сам факт их наличия. Фигуры, которые выписывает во время танца пчела-разведчица, отражают то представление о цели, которое имеется в её надглоточном ганглии (который, по словам Фриша, "меньше просяного зёрнышка"). Кажется, всё-таки некоторые из наблюдателей (и пчёл-соседок по улью, и исследователей-биологов) расшифровывают эти танцы верно.

Почему пчёлы используют в качестве ориентира именно положение солнца? Фасеточный глаз насекомых способен воспринимать плоскость поляризации света, и пчела легко вычисляет положение дневного светила, даже когда оно скрыто за плотными облаками. Но у ориентации по солнцу есть и один существенный недостаток: его диск всё время движется по небу. Иногда пчёлам приходится летать за взятком на значительное расстояние. За время такого полёта солнце изрядно смещается по небу. Что же делать? Пересчитывать направления и углы! Очевидно, что это возможно лишь при наличии внутренних часов.

Обеспечение столь совершенного механизма ориентации - непростая задача. Она требует эффективной обработки данных, связанных с ходом времени и положением в пространстве. Пчёлы – древняя группа, и их механизм ориентации – результат эволюции в течение десятков миллионов лет. Его возникновение оправдано тем, что использование такого механизма контроля полёта намного повышает эффективность питания.

Анализируя поведение пчёл, мы можем кое-что узнать о том, как они работают с моделью пространства. Расскажу об эксперименте, в котором используется нелюбовь пчёл к перелетанию через высокие препятствия. Пчёл заставляли лететь к цели, находившейся за высоким домом. Возможные маршруты показаны на рисунке.

Первый вывод, который можно сделать по результатам этого эксперимента, заключается в том, что пчёлы-разведчицы не сообщают, с какой стороны надо огибать препятствие. Долетев до стены дома, сборщицы нектара поворачивают как придётся – направо или налево. Долетают до края дома и...

В танце разведчицы, который направил их в путь, было закодировано направление на цель и расстояние до неё по прямой. Может, сборщицы возвращаются на ту линию, от которой отклонились? Нет. Они выбирают варианты маршрутов 1 или 4 и летят прямо на цель (с некой ошибкой, следствием погрешностей передачи информации и ориентации на местности).

Разведчица, которая направила их к корму, проделала больший путь, чем расстояние от цели до улья по прямой, но указала в танце всё-таки именно его. Сборщицы установили, где находится цель на внутренней карте, и дальше, отклоняясь от прямого маршрута из-за неописанных препятствий, летят к ней кратчайшим возможным путём. Обратите внимание на треугольник, показанный серым цветом: в своих расчётах пчёлы используют правило, которое мы называем теоремой Пифагора.

Мы не знаем, как организована модель пространства в психике пчелы, но она обладает свойствами внутренней карты...

И теперь – последняя, убойная, на мой взгляд, деталь. Пчёлы собирают нектар только днём, и днём же танцуют. В течение светлого времени суток в нашем, северном полушарии солнце проделывает путь с востока через южную сторону небосвода к западу. В северной стороне неба в нашем полушарии солнце не оказывается никогда. Ночью оно проходит с другой стороны Земли, под нашими ногами – от запада через северную сторону на восток.

А поймут ли пчёлы, где находится солнце ночью? Найдены способы заставить их танцевать по ночам. Один из них – направить в улей пчелу, которая возбуждена открытием нового источника корма, и затем накрыть её на сотах тесной проволочной сеточкой. Другой способ связан с ситуацией поиска нового убежища для готовящегося к вылету роя.

Где, с точки зрения языка пчёл, находится солнце ночью? На севере! С нашей точки зрения, чтобы правильно рассчитывать положение светила, нужно понимать логику суточного вращения Земли. Когда человечество правильно поняло этот факт? Пчёлы начали использовать это знание в неявной форме много раньше.

Наличие в психике пчёл отражения суточного вращения Земли может показаться чудом. Как внутренняя модель, развивавшаяся для адаптивных целей, смогла прийти в соответствие с астрономической действительностью?

У меня нет чёткого ответа на этот вопрос, но я предполагаю, что самое эффективное объяснение движения солнца – самое математически простое, экономное. Наш мир тоже организован экономно. Наиболее адаптивной оказалась та модель, логика которой совпала с действительным устройством физического мира.

Читатели испытывают некий когнитивный диссонанс? Раньше вам казалось, что символическое описание действительности – прерогатива человека? Тогда я добью вас рассказом об особенностях языка муравьёв.

Муравьиная коммуникация изучена хуже пчелиной. К счастью, при грамотной постановке опыта можно узнать кое-что о модели действительности и этих перепончатокрылых.

Почитайте описание экспериментов Жанны Резниковой и Бориса Рябко, изучающих в Сибири коммуникацию муравьёв. Искусственное гнездо. Деревянная гребёнка с несколькими десятками зубцов. С зубца на зубец можно перейти только через основание гребёнки. Разведчику показывают корм, расположенный на одном из зубцов. Тот бежит в гнездо за подмогой и что-то "объясняет" сородичам. Пока происходит передача информации, гребенку меняют на аналогичную, лишённую запаховых меток, которые оставил муравей. Через определённое время, нужное для передачи информации, из гнезда выбегает команда. Разведчика на этом этапе пинцетом выхватывают из гнезда - чтоб не показывал путь. Это не мешает вышедшей команде прямиком направиться к нужному зубцу. Корм на него кладут уже тогда, когда выбор сделан (чтобы муравьи ориентировались по полученной информации, а не, к примеру, по запаху корма). Ориентироваться можно только по номеру зубца. Представьте себе, в этих условиях муравьи сообщают друг другу, где искать корм!

И это ещё не всё. Чем больше номер зубца, тем дольше происходит передача информации. Грубо говоря, чтобы передать, что корм на шестидесятом зубце, надо 59 раз "сказать" что-то вроде "пройди мимо этого зубца и дойди до следующего". Для такого объяснения нужно намного больше времени, чем для описания пути ко второму зубцу. Пока понятно?

А потом муравьёв приучили чаще находить корм на определённых (по счёту – никаких меток!) зубцах. Затем переложили приманку на соседние со знакомыми – и зарегистрировали сокращение времени, нужного для передачи информации.

Получается, муравьи не описывают путь от начала до конца, а передают что-то вроде команды "на два зубца раньше, чем в таком-то из недавних мест". Итак, в их системе коммуникации появились общепонятные обозначения для тех зубцов, где пища оказывалась относительно часто.

Обратите внимание на красоту этих экспериментов. Мы не знаем, как устроен язык муравьёв, но просто по времени передачи информации можно выяснить кое-что существенное относительно принципов его функционирования. И благодаря этому мы получаем свидетельства, что модель пространства, используемая муравьями, использует символы и оказывается пластичной, корректируемой во время использования! Видимо, изменяемый в зависимости от ситуации язык оказался более эффективным, чем заранее жёстко прошитая в генах однозначная схема.

Вы ещё не готовы пересмотреть своё отношение к насекомым?

Итак, описывая модели действительности, свойственные социальным перепончатокрылым (пчёлам и муравьям), мы увидели несколько их общих свойств. Они предназначены для управления движением. Они адаптивны. Они организованы экономно. Они используют символы.

И ещё одно. Они удивительно совершенны.

Возвращаясь к прошлой колонке, скажу, что мы не знаем, воспринимают ли пчёлы и муравьи мир вокруг них как непрерывный и целостный процесс или как совокупность отдельных стимулов. Но между их и нашим внутренним миром есть немало общего. А узнать это мы смогли потому, что модели в психике этих насекомых проявляются в ходе их взаимодействия друг с другом. Разве о внутреннем мире людей мы судим как-то иначе?

Кстати, работа с пространством сыграла особенную роль и в становлении наших моделей, поддерживаемых при взаимодействии людей. Наука как совокупность положений, последовательно выводимых из начальных принципов и проверяемых наблюдений, выросла из "Начал" Евклида, а сами "Начала" подвели итог опыту работы с пространством. Нет-нет, я не хочу преуменьшить роль предшественников Евклида, да и как можно преуменьшить роль "отца всех наук" Аристотеля. Но всё же первую (по крайней мере из дошедших до нас) целостную дедуктивную систему создал именно Евклид. Итак, есть кое-что общее в развитии индивидуальных моделей социальных насекомых и нашей коллективной модели действительности - науки.

А какие особенности являются для наших внутренних моделей действительности уникальными? Нет-нет, я говорю не об уникальности наших отношений со средой, которую обсуждал в серии "кофейных" колонок (эта и четыре следующих) год назад. Тогда, год назад, я намеренно отказался от обсуждения особенностей внутреннего мира разных существ. Но раз мы можем высказывать суждения о работе моделей муравьёв, мы можем задуматься и о работе собственных моделей. И какие же особенности таких моделей являются нашей прерогативой?

Об этом – не сейчас.