Эмерджентность: Связанная жизнь муравьев, мозга, городов и компьютерных программ - Стивен Джонсон

возможности. Многие семиохимические сигналы работают по относительно простому бинарному принципу — например, сообщая, является ли другой муравей другом или врагом. Однако муравьи способны также улавливать градиенты феромонов, определяя, в каком направлении запах усиливается, что весьма напоминает обонятельные способности ищеек. Способность распознавать градиенты крайне важна для выстраивания тех линий доставки пищи, которые так прочно закрепились в массовом представлении о муравьиной жизни: казалось бы, бесконечный поток муравьев, комично нагруженных семенами, упорно марширующих по тротуару или земле. (Как мы увидим в главе 5, программа Митча Резника StarLogo способна моделировать то, как колонии обнаруживают источники пищи и транспортируют груз обратно в муравейник.) Градиенты феромонного следа определяют разницу между фразами «где-то здесь есть еда» и «еда находится строго к северу отсюда».

Как и большинство их сородичей, муравьи-жнецы, которых изучает Дебора Гордон, также особенно искусны в измерении частоты определенных семиохимических веществ — талант, который также расширяет семантический диапазон муравьиного языка. Муравьи способны почувствовать разницу между встречей с десятью муравьями-фуражирами за час и встречей со ста. Гордон полагает, что этот конкретный навык имеет решающее значение для поразительной способности колонии регулировать распределение задач в зависимости от размера колонии или запасов пищи — иными словами, локальное умение, которое порождает глобальное поведение.

«Я не думаю, что муравьи оценивают размер колонии, — говорит она мне, — но я думаю, что размер колонии влияет на то, что испытывает отдельный муравей, а это совсем другое дело. Я не думаю, что муравей следит за тем, насколько велика вся колония, но полагаю, что муравей в большой колонии получает иной опыт, нежели муравей в маленькой колонии. И это может объяснять, почему крупные старые колонии ведут себя иначе, чем маленькие». Муравьи, по мнению Гордон, проводят своего рода статистическую выборку общей численности популяции на основе своих случайных встреч с другими муравьями. Муравей-фуражир может ожидать встречи с тремя другими фуражирами в минуту — если он встречает больше трех, то может последовать правилу, которое велит ему вернуться в гнездо. Поскольку более крупные и старые колонии производят больше фуражиров, в больших колониях муравьи могут вести себя иначе просто потому, что у них больше шансов столкнуться с другими муравьями.

Эта локальная обратная связь вполне может оказаться секретом децентрализованного планирования в мире муравьев. У отдельных муравьев нет возможности узнать, сколько фуражиров, строителей гнезд или сборщиков мусора заняты работой в данный момент, но они могут отслеживать, сколько членов каждой группы им довелось встретить во время своих ежедневных перемещений. На основе этой информации — как самого феромонного сигнала, так и его частоты во времени — они могут соответствующим образом корректировать собственное поведение. Колонии берут проблему, которую человеческие общества могли бы решить с помощью командной системы (какой-нибудь трансляции из центра управления, объявляющей о избытке фуражиров), и вместо этого решают ее с помощью статистических вероятностей. При достаточном количестве муравьев, хаотично перемещающихся в ограниченном пространстве, колония сможет точно оценить общую потребность в фуражирах или строителях гнезд. Конечно, всегда есть вероятность того, что отдельный муравей случайно наткнется на непропорционально большое количество фуражиров и, следовательно, переоценит общую ситуацию со сбором пищи и соответствующим образом изменит свое поведение. Но поскольку процесс принятия решений распределен между тысячами особей, погрешность оказывается ничтожно малой. На каждого муравья, который случайно переоценит число работающих фуражиров, найдется тот, кто его недооценит. В достаточно большой колонии эти два отклонения в конечном итоге компенсируют друг друга, и на выходе сложится точная картина.

Если вы создаете систему, предназначенную для обучения «снизу вверх», систему, в которой макроинтеллект и адаптивность проистекают из локальных знаний, вам необходимо следовать пяти фундаментальным принципам. Муравьи-жнецы Деборы Гордон наглядно демонстрируют все эти принципы в действии:

Больше — значит иначе. Этот старый лозунг теории сложности на самом деле имеет два значения, применимых к нашим муравьиным колониям. Во-первых, статистический характер взаимодействия муравьев требует наличия критической массы особей, чтобы колония могла разумно оценивать свое глобальное состояние. Десять муравьев, блуждающих по пустыне, не смогут точно оценить общую потребность в фуражирах или строителях гнезда, но две тысячи справятся с этим блестяще. Принцип «больше — значит другое» относится также к различию между микромотивами и макроповедением: отдельные муравьи не «знают», что они расставляют приоритеты для путей между различными источниками пищи, когда прокладывают градиент феромонов рядом с кучей питательных семян. На самом деле, если бы мы изучали только отдельных муравьев в изоляции, мы бы никак не смогли узнать, что эти химические выделения были частью общих усилий по созданию линии массового снабжения, переносящей сравнительно огромные объемы пищи обратно в гнездо. Глобальное поведение становится очевидным только при наблюдении за всей системой в действии.

Неведение полезно. Простота муравьиного языка — и относительная глупость отдельных муравьев — это, как выражаются программисты, не баг, а фича. Эмерджентные системы могут стать громоздкими и неуправляемыми, если их составные части окажутся чрезмерно сложными. Лучше построить плотно взаимосвязанную систему из простых элементов и позволить более сложному поведению постепенно подниматься наверх. (Это одна из причин, почему компьютерные чипы работают на упрощенном языке нулей и единиц.) Наличие индивидуальных агентов, способных напрямую оценивать общее состояние системы, может стать серьезной помехой в роевой логике — по той же причине, по которой вы бы не хотели, чтобы один из нейронов вашего мозга вдруг обрел разум.

Поощряйте случайные встречи. Децентрализованные системы, такие как муравьиные колонии, в значительной степени опираются на случайные взаимодействия муравьев, исследующих заданное пространство без каких-либо предварительных указаний. Их встречи с другими муравьями в каждом отдельном случае случайны, но поскольку в системе очень много особей, эти встречи в конечном итоге позволяют им оценивать и изменять макросостояние самой системы. Без таких случайных столкновений колония не была бы способна натыкаться на новые источники пищи или адаптироваться к новым условиям окружающей среды.

Ищите закономерности в знаках. Хотя муравьям не нужен обширный словарный запас и они неспособны к синтаксическим конструкциям, они сильно полагаются на закономерности в улавливаемых ими семиохимических веществах. Градиент в феромонном следе ведет их к источнику пищи, в то время как столкновение с высоким соотношением строителей гнезда к фуражирам побуждает их переключаться на другие задачи. Эта способность к распознаванию закономерностей позволяет метаинформации циркулировать в разуме колонии: знаки о знаках. Запах феромонов одного муравья-фуражира мало что значит, но запах феромонов пятидесяти фуражиров в течение часа несет в себе информацию о глобальном состоянии колонии.

Обращайте внимание на соседей. Пожалуй, это самый важный урок, который могут преподать нам муравьи, и урок с самыми