Элементы Элементы большой науки

Поставить закладку

Напишите нам

Карта сайта

Содержание
Энциклопедия
Новости науки
LHC
Картинка дня
Библиотека
Видеотека
Книжный клуб
Задачи
Масштабы: времена
Детские вопросы
Плакаты
Научный календарь
Наука и право
ЖОБ
Наука в Рунете

Поиск

Подпишитесь на «Элементы»



ВКонтакте
в Твиттере
в Фейсбуке
на Youtube
в Instagram



Библиотека

 
Т. Дамур
«Мир по Эйнштейну». Глава из книги


Л. Франк
«Мой неповторимый геном». Глава из книги


В. Винниченко
Почему дельфины никогда не спят?



В память о Леониде Вениаминовиче Келдыше (07.04.1931–11.11.2016)


Н. Жизан
«Квантовая случайность». Глава из книги


Интервью с С. Ландо
Сергей Ландо: «Прорывы в математике плохо предсказуемы»


В. Гаврилов
Загадка зарянки


А. Левин
Астрономия темного


В. Мацарский
Бодался Чандра с сэром Артуром


О. Макаров
Секрет разделения







Главная / Новости науки версия для печати

Рыбы помогают друг другу выбрать правильное решение


Знаменитая рыбка Gambusia holbrooki, из-за своей способности уничтожать малярийных комаров акклиматизированная во многих частях света, теперь приняла участие в экспериментах по коллективному поведению. Фото с сайта uq.edu.au
Знаменитая рыбка Gambusia holbrooki, из-за своей способности уничтожать малярийных комаров акклиматизированная во многих частях света, теперь приняла участие в экспериментах по коллективному поведению. Фото с сайта uq.edu.au

Международная группа ученых, проведя эксперименты на рыбах, показала, что коллективные решения рыб адекватнее и точнее, чем поведение одиночек. С увеличением размера групп точность принятия решений увеличивается. Причем улучшение показателей связано не с действиями особо внимательных или по какому-то еще критерию более развитых индивидов, а в результате самоорганизации коллектива. Важным оказывается более быстрое получение информации и распространение ее между рыбками в стайке. Получается, что в стаях рыб, как и в коллективах людей, адекватное поведение во многом зависит от социальных навыков членов коллектива, а не от усилий выдающихся одиночек.

Коллективное поведение часто бывает выгодно особям того или иного вида. Не случайно оно широко распространено как в макро-, так и в микромире, не случайно у многоклеточных ясные и безошибочные следы коллективного поведения можно встретить уже в кембрийское время (см.: Новые находки ископаемых удревнили историю членистоногих, «Элементы», 14.10.2008). Следуя выгоде, животные приобретают в ходе эволюции специальные приспособления и навыки, которые диктуют им, когда пора собираться в стаи (см.: Чувство кворума: принятие коллективных решений в микро- и макромире, «Элементы», 02.04.2009). Тут им помогают сигнальные вещества: большая или меньшая концентрация таких веществ регулирует размер и организацию групп.

Существенно сложнее вопрос о механизмах принятия групповых решений. Если мы имеем дело с коллективом людей, то принятие решений диктуется разумом или какими-то иными человеческими качествами. А что если перед нами коллектив животных — табун лошадей, стая птиц, косяк рыб? Тут вряд ли уместно принимать в расчет разум (по крайней мере, в человеческом понимании!). Но вот что замечательно: поведение животных, собравшихся вместе, лучше соответствует ситуации, чем поведение одиночек. То есть решение, принятое группой, лучше подходит к текущей задаче, и возрастание числа индивидов в группе положительно сказывается на точности решений, пока коллектив не разрастается чрезмерно.

Это означает, что группа животных имеет какой-то особый механизм принятия решений, не свойственный отдельным особям (собственно, то же справедливо и для людей). Как группам животных удается принимать согласованные и более адекватные (правильные) решения? Этот вопрос смогли прояснить специалисты из четырех лабораторий — в Сиднейском (Австралия) и Уппсальском (Швеция) университетах, Университете Гумбольдта и Институте пресноводной экологии и рыболовства (два последних в Берлине, Германия).

Объектом исследования стали маленькие (около двух сантиметров) рыбки гамбузии. Их помещали в специальный аквариум из матового плексигласа (рис. 1). Устройство аквариума позволяло измерять скорость и точность принятия решений.

Рис. 1. Схема аквариума для эксперимента по принятию рыбками решений. Рис. из обсуждаемой статьи в PNAS
Рис. 1. Схема аквариума для эксперимента по принятию рыбками решений. Рис. из обсуждаемой статьи в PNAS

В один из рукавов аквариума помещали условного хищника, а гамбузий выпускали из плексигласового короба в начале широкой трассы. Глубина на старте (в месте установки короба) была слишком мала, чтобы рыбки чувствовали себя комфортно, поэтому они вынуждены были искать место поглубже, то есть плыть к развилке — к двум «рукавам» аквариума. Правильное решение в данном опыте — выбрать рукав, в котором нет хищника. Это значит, что хищника нужно вовремя заметить и плыть в безопасный рукав.

Аквариум условно был разделен на зоны: зону приближения и зону принятия решения. Фиксировалось время, за которое рыбки преодолевали обе зоны, а также извилистость маршрута (использовалась видеосъемка). Степень извилистости отражала степень точности (определенности) принятого решения: чем менее извилист был маршрут, тем точнее решение. Вот так изящно можно измерить в эксперименте столь абстрактно-неуловимое на первый взгляд свойство — способность рыб принимать точное решение.

Гамбузий выпускали в аквариум поодиночке и группами разной величины (от 1 до 16 рыбок) и измеряли скорость движения рыбок и время, проведенное в обеих зонах. Оказалось, что скорость плаванья в зоне приближения не зависит от величины группы, а скорость движения в зоне принятия решений увеличивается с увеличением размера группы. Зато время, проведенное и в зоне приближения, и в зоне принятия решения, сокращается. Это означает, что чем больше группа, тем менее сложным маршрутом рыбки доплывают до «спасительного» рукава.

Рис. 2. Гистограмма, показывающая, с какой скоростью (в мм/с) рыбки двигались в зоне приближения (белые столбики) и в зоне принятия решений (серые столбики). Рис. из обсуждаемой статьи в PNAS
Рис. 2. Гистограмма, показывающая, с какой скоростью (в мм/с) рыбки двигались в зоне приближения (белые столбики) и в зоне принятия решений (серые столбики). Рис. из обсуждаемой статьи в PNAS

Гистограмма на рис. 2 показывает, что с размером группы увеличивается скорость плаванья; особенно хорошо это видно в больших группах. У одиночек скорость плаванья в зоне принятия решений наименьшая, в группе из 16 рыбок она увеличивается вдвое по сравнению с одиночками. При этом время, затраченное на преодоление зоны принятия решений, также постепенно сокращается.

Рис. 3. Гистограмма, показывающая время (в секундах), проведенное рыбками в зоне приближения (белые столбики) и в зоне принятия решений (серые столбики). Рис. из обсуждаемой статьи в PNAS
Рис. 3. Гистограмма, показывающая время (в секундах), проведенное рыбками в зоне приближения (белые столбики) и в зоне принятия решений (серые столбики). Рис. из обсуждаемой статьи в PNAS

Больше всего времени для решительного броска требуется одиночкам: если зону приближения они преодолевают относительно быстро, то при необходимости выбора они в нерешительности замедляют ход (рис. 3). Также замедляются, но совсем чуть-чуть, пары рыбок.

Рис. 4. Гистограмма, показывающая степень извилистости маршрута рыбок в зоне приближения (белые столбики) и в зоне принятия решений (серые столбики). Рис. из обсуждаемой статьи в PNAS
Рис. 4. Гистограмма, показывающая степень извилистости маршрута рыбок в зоне приближения (белые столбики) и в зоне принятия решений (серые столбики). Рис. из обсуждаемой статьи в PNAS

Сложность маршрута (общий путь, поделенный на кратчайшее расстояние, или число поворотов) в зоне принятия решения резко снижается при возрастании размера стайки до 4–8 рыбок (рис. 4). В зоне приближения сложность маршрута снижается не столь заметно.

Все три показателя свидетельствуют о том, что стайка из 4–16 рыбок ведет себя более решительно при необходимости выбора.

Ученые предположили два разных механизма принятия решений. Первый — решения принимаются элитарной группой «интеллектуалов», а остальные безоговорочно следуют за ними. Второй — в группе вступают в действие некие процессы самоорганизации.

Первую гипотезу легко проверить. Для этого нужно выявить, есть ли такие рыбки, которые находят нужный маршрут точнее, чем их товарищи, и если они есть, то в какой части стайки — впереди или позади — эти интеллектуалы плывут. Оказалось, что вариабельность по этому параметру незначительна, а те, кто принимает решения всё же лучше прочих, в стайке располагаются случайным образом. Иными словами, улучшение точности и скорости выбора нужного пути группой не зависит от интеллектуальных усилий одиночек. Тут дело в групповом контакте.

Его наличие удалось доказать, подсчитав корреляцию направления движения двух лидирующих рыбок: в пределах 6 см движения рыбок исключительно согласованны. Сама лидирующая рыбка точнее всего плывет тогда, когда вместе с ней в зоне принятия решения находится побольше компаньонов. Из этого следует, что лидер учитывает и действия соседних рыб, так или иначе наблюдая за ними.

Итак, стайка рыб лучше и быстрее опознает хищника, чем одиночки. Вероятно, здесь имеет значение количество бдительных глаз (или других органов чувств): в этом случае повышаются шансы быстро заметить хищника, а также снижается для каждой рыбки зона необходимого обзора. В результате члены рыбьего коллектива быстрее получают информацию о местонахождении хищника. Теперь важно распространить ее среди членов коллектива. То есть надо не только полагаться на свою внимательность, но и доверять товарищам, отслеживая их действия.

Согласованные движения двух лидирующих рыбок показывают, что поведение каждой из них и вправду строится с учетом отслеживания действий товарища. Результаты опыта показывают, что рыбки в стае, по всей вероятности, умеют доверять друг другу, повторяют действия друг друга и получают от этого доверия взаимную выгоду. Движения первого, кто увидит хищника, подхватываются всеми остальными — и стайка в безопасности.

Интересно, что в исследованиях творческих способностей коллективов людей — их умения быстро и точно находить правильные решения — также выявилась большая роль способности к социальным контактам (см.: Измерение «коллективного интеллекта» оказалось возможным, «Элементы», 03.11.2010). Творческий потенциал человеческого коллектива мало зависит от лидерства отдельных умников, а больше от способности учитывать действия друг друга. Эта аналогия чрезвычайно показательна для понимания эволюции поведения.

Источник: Ashley J. W. Ward, James E. Herbert-Read, David J. T. Sumpter, Jens Krause. Fast and accurate decisions through collective vigilance in fish shoals // PNAS. Published online before print January 24, 2011. doi: 10.1073/pnas.1007102108.

Елена Наймарк


Комментарии (8)



Последние новости: ЭтологияПсихологияЕлена Наймарк

07.12
Мальки рыб в океане держатся родственными стайками
01.12
Иммунный статус макак зависит от социального
29.11
Муравьи способны узнавать себя в зеркале
28.11
У собак есть эпизодическая память
25.11
Самцы дроздовидных камышевок определяют качество самки по размеру ее гнезда
23.11
Численность и генетическое разнообразие китовых акул измерили по пробам воды
21.11
Самцы коммунально гнездящихся тимелий предпочитают окружать себя родственниками
16.11
За «боязнь» щекотки у крыс отвечает соматосенсорная кора
10.11
Нейропротез вернул парализованным макакам-резусам способность ходить
09.11
Разнообразие пищевого поведения у нематоды Caenorhabditis elegans поддерживается балансирующим отбором

Научная картинка дня


Новости науки по темам: антропология, археология, астрономическая научная картинка дня, астрономия, биология, биотехнологии, генетика, геология, затмения, информационные технологии, космос, лингвистика, математика, медицина, нанотехнологии, наука в России, наука и общество, Нобелевские премии, палеонтология, Первое апреля, психология, технологии, физика, химия, эволюция, экология, энергетика, этология

Новости науки по авторам: Валентин Анаников, Дарья Баранова, Вера Башмакова, Александр Бердичевский, Максим Борисов, Варвара Веденина, Александр Венедюхин, Михаил Волович, Михаил Гарбузов, Алексей Гиляров, Дмитрий Гиляров, Сергей Глаголев, Евгений Гордеев, Николай Горностаев, Владимир Гриньков, Дмитрий Дагаев, Юрий Ерин, Анастасия Еськова, Дмитрий Жарков, Андрей Журавлёв, Дмитрий Замолодчиков, Игорь Иванов, Вячеслав Калинин, Павел Квартальнов, Мария Кирсанова, Дмитрий Кирюхин, Александр Козловский, Юлия Кондратенко, Артем Коржиманов, Ольга Кочина, Аркадий Курамшин, Виталий Кушниров, Иван Лаврёнов, Алексей Левин, Андрей Логинов, Сергей Лысенков, Лейла Мамирова, Александр Марков, Мария Медникова, Вадим Мокиевский, Григорий Молев, Тарас Молотилин, Антон Морковин, Марат Мусин, Максим Нагорных, Елена Наймарк, Алексей Опаев, Петр Петров, Александр Пиперски, Константин Попадьин, Сергей Попов, Роман Ракитов, Татьяна Романовская, Александр Самардак, Александр Сергеев, Андрей Сидоренко, Виктория Скобеева, Даниил Смирнов, Павел Смирнов, Дарья Спасская, Любовь Стрельникова, Дмитрий Сутормин, Алексей Тимошенко, Александр Токарев, Александр Храмов, Мария Шнырёва, Сергей Ястребов, Светлана Ястребова

Новости науки по месяцам: 2016 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2015 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2014 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2013 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2012 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2011 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2010 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2009 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2008 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2007 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2006 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2005 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I 

Новости науки почтой (рассылка на Subscribe.ru):

 


Где еще почитать научные новости: «Биомолекула», «Вокруг света», Газета.ру. Наука, «Индикатор», «Наука и жизнь», Наука и технологии РФ, «Научная Россия», «Популярная механика», РИА Наука, «Чердак», N+1, Naked Science

 


при поддержке фонда Дмитрия Зимина - Династия