Текст книги "Диалоги (июль 2003 г.)"

Пусть у них будут такие имена: «Веточка та, где вчера был сироп». Или там, где вот на той неделе был сироп. Можно такие фразы использовать, но всё равно передаются те же 3 бита информации, вот в чем вся и прелесть. Мы совершенно не должны думать о строе языка, о словаре, о чём-то ещё.

А.Г. Передаётся 3 бита информации. Право – право – лево.

Б.Р. Да, в экспериментах подбрасывалась монета, я только это скажу о ходе опытов. Вот когда устанавливалась кормушка одна, сначала же подбрасывалась монета три раза. Если было 3 звена. Вообще были деревья от одной развилки, то есть совсем маленькие, до шести. Но вот здесь вот три развилки и соответственно три бита. Потом это дерево долго ещё там специально в контрольных опытах мучили вот именно с тремя развилками. Но, это уже сама биологическая часть, её лучше расскажет Жанна.

Ж.Р. Для того чтобы представить себе, как это всё делалось, нужно сказать, что муравьи жили на лабораторной арене величиной примерно с письменный стол. Ну, примерно как в рассказах Лема, когда учёные для своего удобства моделировали цивилизации, все более и более маленькие. И вот мы такую оптимальную нашли размером с письменный стол. И эта арена была разгорожена на две части. В одной части живут муравьи, они живут в прозрачном стеклянном, не гробу, чуть было не сказала, а гнезде. Это что-то вроде такой прозрачной шкатулочки с выдвижными ячейками. Так что в принципе всё видно. И эта часть арены, на которой они живут, отделяется от экспериментальной довольно высокой перегородкой, на которую ведёт мостик. Сначала они должны по мостику перейти на рабочую часть арены, вот за которой гнёзда уже не видно, а потом уже по второму мостику попасть на саму установку, вот в эту вот кювету с водой. Дальше они должны найти кормушку. Ну, это всё бы происходило очень долго, если бы мы в предварительных экспериментах не выявили активно работающие группы, что является само по себе, может быть, небольшим, но, так сказать, открытием в этой области. Дело в том, что, как оказалось, когда таким сложно организованным муравьям как рыжие лесные, ставят простую задачу, то ничего там в этом хаосе разобрать нельзя. Они скопом бегут и скопом находят. Но если задача сложная, то здесь можно наблюдать довольно чётко организованную структуру. Находят в сложных ситуациях, скажем, пищу разведчики. И каждый разведчик, как оказалось в предварительных опытах, общается только со своей небольшой группой фуражиров. С другими он не общается. Эта группа фуражиров примерно от 4 до 10 особей, которые специально его ждут. Вот в предварительных опытах мы выявляли таких разведчиков, выявляли их группы и метили их цветными пятнышками. Так что дальше было уже легче. После чего уже в текущих опытах можно было взять разведчика и посадить его на кормушку с сиропом. То есть просто ускорить этот процесс. Если разведчику предоставить возможность искать самостоятельно, это будет очень долго, особенно в случае с тремя развилками – это уже практически бесконечность. Если муравей ищет больше, чем полтора часа, он теряет интерес к данному, так сказать, объекту. После того как мы муравья сажаем на кормушку с сиропом, мы даём ему возможность выучить эту дорогу. Как правило, он не запоминаете её с первого раза. Разведчик бежит к гнезду и тогда, в то время когда он находится в гнезде, мы можем заменить эту установку на новую. Для того чтобы не использовался пахучий след, мы заменяем эту установку, их можно лепить много, на совершенно свежую. Поэтому, когда муравей приходит, он видит идентичную установку, но там, так сказать, никаких следов уже не остаётся. Обычно разведчику требуется 3–4 раза для того, чтобы запомнить дорогу в том случае, когда там 3 или 4 развилки. И после этого он начинает довольно активно общаться со своей группой фуражиров, придя в гнездо. Они уже приготовлены. То есть они видят, что их разведчик бегает и приносит корм. Вот после того как это общение уже начинается, мы можем зафиксировать время. Время, которое тратит разведчик на общение с фуражирами. И после того как он с ними пообщался, и мы видим, что группа выходит к этому мостику и движется компактно, мы разведчика изымаем пинцетом и отсаживаем в баночку. Он там спокойно сидит, ничего мы там ему не делаем. Группа должна найти эту кормушку, примерно так же как пчёлы пользуются указаниями разведчика, то есть, получив информацию. Поскольку дерево мы при этом в очередной раз заменили, там никакого пахучего следа не должно быть, кроме того, мы даже убрали кормушку. Чтобы сироп, хотя он как бы, может быть, и слабо пахнет, но чтобы и этого фактора тоже не было. Они приходят на пустую веточку и сразу же получают от нас кормушку с сиропом, чтобы они не разуверились в нас.

А.Г. Чтобы не побили разведчика.

Ж.Р. Да, да. И это тоже правильно, чтобы не побили разведчика. Поэтому здесь важно зафиксировать вот такой момент. Во-первых, муравьи могут использовать только один способ передачи и получения этой информации. То есть мы исключаем все остальные.

А.Г. Запах исключается.

Ж.Р. Запах исключается. Во-вторых, мы измеряем время, которое тратит муравей-разведчик на общение с этими фуражирами.

А.Г. На передачу 3 бит информации.

Ж.Р. Как он при этом общается – нам неважно. Может быть, он при этом ещё что-то выкрикивает, какие-то, может быть, даже лозунги.

А.Г. Может быть, говорит о качестве пищи, о количестве её.

Ж.Р. Да. Мы измеряем только время. И это чисто эмпирический подход. Мы знаем, сколько времени затрачено на передачу скольких бит информации в этом случае. Вот так вот это чисто биологически выглядит…

А.Г. А в этих экспериментах ошибки были? То есть бывало такое, что разведчик неверно объяснял дорогу?

Б.Р. Да, бывали ошибки. Ну, во-первых, у одних разведчиков бывало много ошибок, у других мало. Некоторые вообще были или опытные, или умные, или с хорошей памятью, наверное, скорее всего. Некоторые были вообще не способны… просто бесполезно было, они не могли передать, скорее всего, запомнить не могли. Значит, дальнейшие опыты с ними не проводились. Но многие разведчики запоминали до 6 последовательностей поворотов, и у них процент ошибок был очень небольшой. Ну и всё это было, конечно, статистически обработано и опубликовано в приличных журналах. Это всё нормально.

Ж.Р. Даже существуют количественные данные, чтобы ответить на ваш вопрос более подробно. Если предоставлялась простая задача, то практически все разведчики могли с ней справиться. Если сложная, ну, начиная с трех развилок, она уже сложная, то с ней справлялось, ну, где-то около половины разведчиков, которые работают в данной лабораторной семье. И наконец, при шести развилках с такими задачами справлялись уже только единичные разведчики. Лучше так сказать. Что касается ошибок, то мы просто эмпирически, ну, как бы положили себе некоторые пределы. Это ведь животные и животные, как мы сейчас видим, достаточно сложно устроенные. У них могут быть, наверное, и собственные ошибки и какие-то настроения. То есть далеко не всегда группа механически, прямо вот таким компактным шариком шла по бинарному дереву. Вот это уже получается, во-вторых. Во-первых, могут ошибаться разведчики, а во-вторых – группа. Поэтому мы считали, что если в группе больше, чем два отставших, то она уже в целом ошиблась, несмотря на то, что пусть, скажем, 4 нашли, 2 не нашли. Всё-таки мы считаем это ошибкой.

А.Г. То есть если два сачкуют…

Б.Р. И всё это обрабатывалось статистически. Вероятность случайно найти – одна восьмая.

А.Г. А вот какой у меня вопрос ещё возник. Разведчик передаёт информацию только своей группе? При этом, если рядом находится другая группа, она не реагирует на слова разведчика?

Ж.Р. Да, она не реагирует.

А.Г. Видите, я сказал – «слова».

Ж.Р. Она не реагирует, и мы не знаем, из каких соображений. На самом деле меня как зоолога очень интересует вопрос о том, как взаимодействуют эти группы в семье между собой, как они координируют свои действия при решении каких-нибудь, ну, более общесемейных задач. Этого я пока не знаю. Дело в том, что, видимо, группа, которая наблюдает за действиями разведчика, в какой-то степени аналогична так называемым танц-группам у медоносных пчёл. Но только у медоносных пчёл это очень большие группы, которые как бы наблюдают издали. А здесь происходит такой процесс очень тесного соприкосновения. И разведчик общается обычно с одним-двумя, ну, редко тремя муравьями, ещё два-три наблюдают, очень тесно, так сказать, прижавшись к этой группе. Они, может быть, сами-то ничего и не поняли, но зато они будут знать, за кем держаться, когда эта группа пойдёт по бинарному дереву. Что касается остальных, они практически не реагируют на то, что происходит между данным разведчиком и его группой.

А.Г. Скажите, пожалуйста, вы пытались определить способы передачи информации? Это механические действия или запах?

Ж.Р. Ну, это хороший вопрос. Мы не то чтобы пытались, мы как бы исходили из того, что ещё в конце 19 века немецкий зоолог Вассманн предположил, что у муравьёв есть так называемый антеннальный код. И опять же далеко не у всех муравьёв, а только у высокосоциальных видов. Ну, так или иначе, муравьи касаются усиками друг друга всякий раз, когда передают пищу. Вассманн предположил, что именно с помощью антеннального кода муравьи, по-видимому, как Данте и предполагал, передают некую информацию. Поэтому мы взяли за основу, что, по всей видимости, во время вот этих антеннальных контактов некий такой информационный контакт происходит.

А.Г. Мы сейчас прервёмся на рекламу, а когда вернёмся, я хочу, чтобы вы ответили на вопрос, почему вам так важно было посчитать, за какое количество времени они передают именно три бита информации в секунду.

(Реклама.)

Б.Р. Дело в том, что ведь какое-то количество узлов менялось в разных опытах, от 1 до 6. И если это, так сказать, обычная система коммуникаций, которая должна быть, то время должно быть пропорционально количеству развилок. Вот так же, как когда-то Шеннон говорил, на двух перфокартах можно записать в два раза больше информации, чем на одной. Так и здесь, в два раза больше времени требуется на передачу координаты в том случае, когда 6 развилок, чем когда 3 развилки. Вот. Но интересно, что в России развитие теории информации во многом связано с Колмогоровым. Это великий российский математик, который жил в 20 веке. Так вот, в наших опытах используется не только определение информации, данное Шенноном, но и понятие так называемой колмогоровской сложности. Я вот просто хочу нарисовать, что это за колмогоровская сложность. Значит, вот наше дерево бинарное. Понятно. И вот мы будем писать, когда поворот налево – лево, когда поворот направо – право. И так далее. Вот, допустим, у нас такая последовательность поворотов. Сколько – 6. Реально было 6. Например, такая последовательность поворотов. Всё время налево. То есть ЛЛЛЛЛЛ, шесть Л. Или вот такая, которую я сейчас напишу и назову «условно случайная». Такая последовательность поворотов. Ну, скажем, сколько ещё, две буквы, да. Лево, ну, допустим, право. Получилось, скажем, ЛПЛЛЛП. Так вот, если бы пришлось, допустим, мне запоминать последовательность или вам, или кому-то ещё, то запомнить и передать вот эту последовательность, шесть Л, это было бы очень просто. И передать – иди всё время налево и там будет то, что нам нужно. Или вот такую. Но тоже просто. Лево – право и так три раза. То есть ЛПЛПЛП. А если такую, то это, конечно, сложнее. Колмогоров в некотором смысле показал, что существует объективная мера сложности. Так вот у муравьёв всё точно так же – информацию о такой последовательности поворотов – шесть Л – они передавали очень быстро, на информацию о, скажем, ЛПЛПЛП, примерно раза в 2 больше времени уходило. А вот о такой ещё раза в 2 больше, то есть о случайной. То есть у них…

Ж.Р. Я здесь конкретно могу сказать: здесь на уровне 70 секунд, когда, скажем, всё время налево, после этого, 130 секунд, так сказать, средний вариант. А о случайной – больше, чем 200 секунд, то есть очень медленно на самом деле.

Б.Р. Разрыв очень большой. Так что вот оказалось, что представление о простом и сложном у муравьёв примерно такое же, как и у людей, хотя бы в пределах 6-буквенных слов, когда используется алфавит из двух букв. Вот. Ну, и следующая серия, вообще эти все опыты с 82-го года продолжались до 97-го примерно.

А.Г. То есть, это связано, видимо, не столько с передачей информации, сколько с запоминанием группой информации?

Б.Р. По-видимому. Разведчику и самому легче запомнить. То есть здесь именно все этапы. Ему просто запомнить, легче передать и им легче запомнить. По-видимому, и передать тоже проще. То есть рассказать, как идти.

А.Г. Нет, я могу затратить – «лево-право-лево-право», «право-лево-лево-право-право-лево» – то же самое время на передачу информации…

Ж.Р. Это если вы не используете закономерность окружающего мира для сжатия информации. А если вы используете, то вы скажете – лево-право три раза. Вот они, оказывается, используют.

Б.Р. По крайней мере, времени меньше и для них это проще. Мы не знаем, что они делают, но предполагаем, что для них это проще, потому что они тратят меньше времени. Вот. И ещё была серия опытов, которая продолжалась несколько лет, с лабиринтом, который можно назвать гребёнка. Так он выглядел. Большой длинный стержень. Так же он помещался. На палочке. И вот такие вот от него отходят веточки. Выглядит как большая гребёнка.

А.Г. Ага. Тут уж надо говорить, какой поворот налево.

Б.Р. Да, тут важен номер веточки, а совсем не последовательность поворотов. Тут надо уже считать. Совершенно справедливо. Значит, муравей попадал вот сюда, также везде были пустые кормушки, а одна с сиропом.

Ж.Р. Ну, в общем, техника вся такая же.

Б.Р. Разведчики, фуражиры, крашенные нитрокраской, разными цветами, на разных частях тела точки. Это, как я видел, очень интересно.

А.Г. Красиво, должно быть.

Б.Р. Да. И вот одна веточка заканчивается кормушкой. Надо было передать информацию о номере кормушки. И вот оказалось то, что муравьи успешно с этим справляются в пределах 60. И в общем-то, они просто умеют считать, как отсюда следует. По крайней мере, они также передают номер кормушки – там 38 или там на следующий день 57. И они передают номер веточки. Причём изменялась форма этого лабиринта. Иногда был лабиринт круглый с такими вот…

Ж.Р. Ту же самую гребёнку можно было просто замкнуть в круг.

Б.Р. И вот в одну точку попадали, а это симметрично…

А.Г. Это уже усложняет. «Номер такой-то, иди по часовой стрелке». Он же может пойти в любом направлении.

Б.Р. Они… Тут тоже были интересные вещи. Вот когда кормушка была близко к верхнему краю вертикальной гребёнки. Они быстро бежали туда, потом медленно спускались вниз, как бы отсчитывая сверху… Но в последующих опытах, последние 10 веточек оставляли пустыми заведомо, их не использовали для простоты объяснения, чтобы лишнего не включать…

А.Г. То же самое деление и умножение.

Б.Р. Нет, это проще, ну, представляете, вот тут номер 53, а если отсюда, сверху, от 60-й веточки он – седьмой. Так вот они бежали сюда, наверх, а потом семь отсчитывали сверху. То есть не 53, естественно, а 7, то есть вот настолько-то они это как раз упростили, любой бы так поступил из нас с вами.

Ж.Р. Из разумных существ.

Б.Р. Да. Вот, и потом последняя была серия экспериментов, четыре года продолжалась, которая позволила доказать, что муравьи способны складывать и вычитать небольшие числа, в пределах пяти. Все эти результаты тоже опубликованы и докладывались…

А.Г. А это как?

Б.Р. Вот, тут логика сложная. Не всё даже и биологи понимали. Вот знаете, есть такие римские числа, римские цифры, вот там, скажем, когда мы пишем вот так вот «XII».

Ж.Р. А «не все биологи» – это кто же интересно…

Б.Р. Или когда мы пишем, вот, например, так «IX», это девять, да. А вот это вот, например, четыре – «IV». Вот. Но когда мы используем эту систему, мы же ведь складываем и вычитаем. Правильно? Это же ведь не 12 палочек и не 7 палочек, чтобы мы загибали пальцы. А это 10 + 2. Так и пишем «XII». И вот мы в экспериментах создали такую ситуацию, когда муравьи были вынуждены использовать вот эту самую римскую систему, как мы думаем. Мы же при этом просто измеряли время, затраченное на передачу информации муравьями. Но, как это делалось, попробую объяснить очень грубо. Это как раз базируется на теории Шеннона, на частоте, вот в языке частота, с которой используется слово, и длина этого слова, связаны. Чем чаще слово используется, тем оно короче. Ну вот, допустим, там местоимения, междометия.

А.Г. Предлоги.

Б.Р. Да, предлоги. Для этого, по-видимому, изобретают и профессиональные жаргоны. Вот, скажем, даже в официальных бумагах не говорят, допустим, правительство Соединённых Штатов Америки, а говорят «Белый Дом», просто для того чтобы было короче, поскольку это часто повторяется.

И у нас, оказывается, значит, что делалось. Выбирались две ветки, в одной серии опытов, то есть в один год это были ветка № 10 и ветка № 20. В течение первых двух-трёх недель кормушку устанавливали на разных ветках, так же случайно, как и в более ранних опытах. То есть с равной вероятностью для каждой из веток. На второй стадии опыта, которая длилась несколько недель, мы вот что сделали. На двух «специальных» ветках, которые внешне, конечно, ничем не выделялись, пища появлялась гораздо чаще, чем на любой из остальных. Это было так организовано, что вероятность появления пищи на ветке 10 или на ветке 20 равна 1/3, для каждой из остальных эта вероятность 1/84. И муравьи, по-видимому, «придумали» короткие названия для этих веток. Почему по-видимому? Потому что время передачи информации резко сократилось. Когда была кормушка на десятой ветке, они затрачивали много меньше времени, чем когда она была на любой другой ветке – ну, или по сравнению с первоначальными экспериментами, когда вероятность появления корма была одинаково мала для каждой из веток.

То есть как бы муравьи стали «говорить» коротко. А самое интересное – это третий этап, снова стали устанавливать с равной вероятностью кормушки. И вот когда кормушка оказывалась, допустим, случайно на 11-й веточке, то они затрачивали такое же время, грубо говоря, как примерно, раньше в первоначальных, в старых экспериментах они затрачивали на 10 + 1, то есть на 10 и 1, но время было примерно то же самое. Причём, это всё статистически достоверно. То есть, ну вот как и мы здесь, когда писали римские цифры на доске. Или когда было там 13, то тоже было 10 + 3, или там, скажем, 19, 20 – 1. То есть та же самая идея, мы задавали, изменяли частоты, и измеряли время. И оказалось, таким образом, что они умеют складывать и вычитать. Хотя и в очень скромных пределах. Вот.

А.Г. Феноменально. А качество и количество корма во всех экспериментах было одинаковым?

Ж.Р. Одинаково. То есть это всегда концентрированный сахарный сироп и всегда количество корма, которое необходимо добыть в этот день, для того чтобы семья не умерла с голоду. Это жестокие в зоологическом плане эксперименты, поскольку здесь на самом деле лабораторная семья муравьёв как бы ставится на грань выживания. Их кормят раз в три дня, всегда одной и той же этой пищей, и если они не добывают это количество пищи, то начинают просто погибать у нас на арене.

А.Г. Жестокий эксперимент. Я почему задаю это вопрос? Влияет ли количество и качество пищи на время передачи информации? И вообще, если разведчик находит пищу, которой явно недостаточно для того, чтобы прокормить семью, он сообщает об этом или нет?

Ж.Р. Ну, по аналогии с пчёлами можно было бы предположить, что, наверное, влияет и, как видно, не будет. Но дело в том, что вот такие эксперименты, они как бы, с одной стороны, малобюджетнозатратные, но они требуют очень большого количества человеческого времени и очень высокой квалификации. Почему их на Западе сейчас повторяют только на уровне одной развилки. Вот в 91 году на первом докладе, так сказать, первом западном докладе это услышали, сразу же, кстати, описали в журнале «Вайлд лайф», и вот прошло уже больше 10 лет, я встретила своего коллегу, и он приехал с бинарным деревом с одной развилкой, и, между прочим, без ссылки. Ну, это другой вопрос.

Б.Р. С докладом.

Ж.Р. Да, с докладом об опытах с одной развилкой. Я просто хочу сказать, что эти вопросы, они на самом деле очень интересные. Вот, зависит ли от качества и количества корма? Теоретически, наверное, можно сказать, что да, наверное, зависит. Может быть, зависит не на количественном, а буквально на качественном уровне, или будет передавать, или не будет передавать. Но просто при опытах уже вот последних, о которых Борис рассказывал, там даже бывали просто целые пустые сезоны. То есть вот ведёшь, ведёшь, ведёшь эти эксперименты, и потом в итоге оказывается, что статистики недостаточно для того, чтобы всё-таки это обосновать, и приходится следующий сезон этот эксперимент начинать с самого начала опять. Поэтому мы решили всё-таки не отвлекаться на ответы на эти вопросы пока, чтобы всё-таки сначала разобраться, как же у них это всё происходит. Хотя, конечно, вопросы вполне логичные.

Б.Р. По-видимому, всё-таки Дарвин был прав, и те, кто считал, что животные близки человеку, точнее, что нет огромной пропасти между интеллектом человека и окружающими нас животными, включая муравьёв.

А.Г. Да, но вопрос о детерминизме остаётся всё-таки открытым. То есть этот язык у них врождённый, и является ли он врождённым у человека тоже? Или всё-таки это научаемость? Поскольку одна из программ рассказала мне о том, что есть некий ген памяти и ген научаемости, который общий у нас и у муравьёв. И работает он так же, активируя огромное количество генов в определённых областях нервной системы.

Ж.Р. Для меня, наверное, один из самых интересных вопросов, это вопрос о детерминизме сложного поведения. И сейчас мы как раз работаем над этим с моими аспирантами. Но что я могу предварительно сказать, это то, что основная как бы матрица вот эта сложная, сложного языка у муравьёв, по-видимому, является врождённой, но существуют очень большие психофизиологические различия особей в этой семье, разведчики, по-видимому, способны на гораздо большее разнообразие действий и обучаются гораздо быстрей.

А.Г. Разные разведчики способны тоже на разное.

Ж.Р. Да, разные разведчики тоже способны по-разному, и эта матрица, по всей видимости, реализуется по-разному у разных членов семьи, и оставляет ещё при этом достаточно большой зазор для обучения и для как бы доводки этой языковой системы при необходимости, что, в общем-то, и показали наши эксперименты, поскольку в природе муравьи не поставлены, так сказать, перед необходимостью использовать столь сложную систему передачи информации каждый раз. Они всегда стараются обойтись как можно более простой системой.

А.Г. Спасибо. Фантастика.