Ген план муравейника (распределенные вычисления в живой природе)

LFrentz · марта 31, 2013, 13:12:00

Известно, что муравьи способны строить эти потрясающие сооружения. Высота купола больше 2 метров, то есть во много раз больше размеров единичной особи. Внутри сложная система ходов и камер, система вентиляции, поддержания температуры, дренаж. Но, как они это делают ?
Кажется достоверно известно, что не одна особь не способна удержать « в голове» весь план будущего суперсооружения. Самки – будущие «царицы» не обучаются этому опытным путем. Следовательно, весь план строительства заложен в генотипе ? При чем у них заложена программа некоего «типового» муравейника, так как они способны подстраивать модель под имеющиеся конкретные условия. Можем ли мы вычислить гены ответственные за формирование данной модели ? Можем ли мы изменить их, и получить в результате муравейник не в форме конуса, а в форме куба ?
Не один муравей не может построить муравейник в одиночку, параллельно трудятся
миллионы особей. Как между ними распределена программа строительства, у одних активированы гены строительства подземных ходов, у других формирования гнездовых камер ? И как они координируют свою работу?

Дж. Тайсаев · марта 31, 2013, 14:03:50

Я если честно не в теме, но мне кажется, что здесь механизм подобный клеточной дифференциации при эмбриогенезе (одиночная особь аналог клетки организма) и муравьи специализируются путём постоянного обмена информационными сигналами, с соседними особями посредством аттрактантов, тактильных сигналов и т.д.. Возможно, в каждую особь заложена вся информация о муравейнике, но при получении сигналов о конкретном участке, все прочие области блокируются или попросту не включаются

LFrentz · марта 31, 2013, 15:11:48

Принимая и развивая эту аналогию, безусловно можно предположить, что куколки муравьев являются таким аналогом стволовых клеток, из них могут получиться нужные организму «ткани» : строители, фуражиры, охранники.
Но, насколько можно закодировать в геноме особенности коллективного поведения ?
При частичном разрушении муравейника, муравьи восстанавливают уничтоженную часть повторно активизировав ту часть генома отвечающую за данный сегмент ? В
случае гибели большей части колонии ( в том числе всех строителей), вернувшиеся фуражиры приступают к восстановлению, активизировав нужные участки своего генома ?

Дж. Тайсаев · марта 31, 2013, 16:08:06

Что бы ответить на этот вопрос, нужен уже конкретный специалист

Limfil · марта 31, 2013, 21:19:19

хм... то, что будущие царицы не обучаются этому - кстати, не факт - они перемещаются по своему родному муравейнику и потмоу вполне способны к этому. также, у муравьёв в каждой семье, есть так называемые "колонны" (когда-то читал про это) - то есть группы особей, которые имеют своё кусок общей территории и часть гнезда. возможно, что внутри колонн есть и более мелкие разделения и внутри каждой из них муравьи знают что и как строить, и соединяя свои "художества" вместе они и получают цельное гнездо. но остаётся вопрос как производится координация групп. кто это такое умный, который указывает что и где строить? инстинкты наверняка имеют роль, но очень возможно, что и опыт самих муравьёв тоже - насколько понимаю, муравьи, создающие особенно крупные гнёзда почти не размножатются через отдельных оплодотворённых самок - после лёта самки возвращаются к себе, и используется это только для привнесения генетического разнообразия, а разножаются гнёзда почкованием - и ктогда каждая почка принесёт с собой и часть структуры родительского гнезда. возможно как-то так... но тогда как это дело происходит у термитов, почкование вроде не практикующих?

Сергей · марта 31, 2013, 23:25:30

Цитата: Limfil от марта 31, 2013, 21:19:19
остаётся вопрос как производится координация групп. кто это такое умный, который указывает что и где строить?

Да никто не указывает - всё само собой получается...
Вот почитайте: в конце этой главы есть немного про общественных насекомых:
http://groh.ru/gro/zorina/zorina5.html
А в 8-й главе - про генетику их поведения.

Сергей · марта 31, 2013, 23:49:25

Кстати, насчет агрессивности. Несколько лет тому было сделано интересное исследование генетики поведения муравьёв (если не ошибаюсь, у Маркова была об этом заметка на «Элементах»): изменение всего одной буквы в регуляторном участке гена белка для синтеза какого-то феромона приводит к тому, что муравьиная матка перестаёт нападать на других маток. В результате этого единичный муравейник превращается в муравейник-колонию с несколькими царицами.

Limfil · апреля 01, 2013, 02:15:50

Цитата: Сергей от марта 31, 2013, 23:25:30Вот почитайте: в конце этой главы есть немного про общественных насекомых:
http://groh.ru/gro/zorina/zorina5.html
А в 8-й главе - про генетику их поведения.

интересно, спасибо. правда ничего, чтобы говорило:

Цитата: Сергей от марта 31, 2013, 23:25:30
Да никто не указывает - всё само собой получается...

я там не нашёл - наоборот - про иерархию речь. и про генетику именно общественных насекомых пока не вижу...

Цитата: Сергей от марта 31, 2013, 23:49:25
В результате этого единичный муравейник превращается в муравейник-колонию с несколькими царицами.

хм... ну у каких-то видов может быть в плодущая самка в муравейнике и одна - как у термитов в основном, но у большей части видов у муравьёв плодущих самок много.

LFrentz · апреля 01, 2013, 14:24:14

Как-то у них само получается, а у нас так не получается. Для того, чтобы строить аналогичные по размерам ( относительно размеров особи) и сложности строения нам нужны чертежи и расчеты. А для координации рабочих бесконечные планерки, отчеты и сметы ...

Есть исследования по тому, как колония принимает решения. Например, какое место выбрать для временного гнезда при переселении. Учитывается несколько факторов, и почти всегда удается найти оптимальное решение. Или поиск оптимального пути к источникам пищи. Решение принимается, как правило, путем перебора вариантов с закреплением наилучшего полученного результата.
"специалисты подозревают, что между взаимодействиями нейронов в мозге и отдельных особей в рое есть много общего"

методы принятия решений
http://www.computerra.ru/60971/ants/

Neska · апреля 01, 2013, 14:34:33

У человеков тоже получается иногда. Протогорода примерно так строились некоторые - жилые помещения лепились друг к другу, постепенно надстраивались. Без всякого генплана, и даже разрешения главного архитектора, вероятно, не требовалось. Чем не муравейник?

LFrentz · апреля 01, 2013, 17:25:03

Не совсем соглашусь, муравейник единое целое. Протогорода тесные скопления индивидуальных, автономных жилищ. Тут аналогия скорее с «птичьим базаром», с плотно прижатыми друг к друг гнездовьями, между которыми помет и мусор ...
В крупных колониях муравьев при количестве особей свыше 5 млн. не наблюдается
ряда организационных проблем, которые мы не можем решить со всем нашим интеллектом и комп. моделированием. В проходах (транспортн. артериях) муравейника не наблюдается пробок и не встретишь мусорку посреди «города».
При чем все это достигнуто за счет применения принципов распределенной работы «базовых», можно сказать примитивных блоков. Как из простого получается сложное. Вот, что интересно. Многие принципы можно позаимствовать.

Дж. Тайсаев · апреля 01, 2013, 17:53:09

Цитата: LFrentz от апреля 01, 2013, 17:25:03
Не совсем соглашусь, муравейник единое целое.

Более того, там присутствует такое явление как самоорганизация. Например Пригожин и Стенгерс ("Порядок из хаоса", наверняка многие читали) приводят примеры самоорганизации в скоплениях личинок жука Dendroctonus micans и при постройке гнезда термитами. Это то, что у Винера трактуется как "положительная обратная связь"

Сергей · апреля 01, 2013, 18:50:24

Цитата: LFrentz от апреля 01, 2013, 17:25:03
В крупных колониях муравьев при количестве особей свыше 5 млн. не наблюдается
ряда организационных проблем, которые мы не можем решить со всем нашим интеллектом и комп. моделированием. В проходах (транспортн. артериях) муравейника не наблюдается пробок и не встретишь мусорку посреди «города».

Просто не надо слишком превозносить человечий разум, который в большинстве случаев используется для того, чтобы постфактум логически обосновать вполне себе инстинктивное поведение.

Природа, на нижних уровнях организации, действует медленно, перебирая все возможные варианты. Поэтому и не ошибается. Разум работает с верхними уровнями, где число вариантов практически бесконечно, обычно прогнозируя только на один шаг вперед, поэтому-то с отдалёнными последствиями ошибается почти всегда.

Города, как раз, хороший пример. Например, Москва - "большая деревня", по мере роста постоянно утыкающаяся в транспортную проблему. В муравейнике такой проблемы не возникает, именно потому, что столкнувшись с ней, каждый муравей-одиночка будет расширять дорогу - люди на это не способны. Взять хотя бы Лужкова, который застроил все места, где можно было проложить дороги, не снося старые дома, новыми домами и торговыми центрами.

У муравьев, кстати, примерно только один процент видов - общественные. Все остальные - глупые одиночки...

Limfil · апреля 01, 2013, 22:10:47

Цитата: Сергей от апреля 01, 2013, 18:50:24
У муравьев, кстати, примерно только один процент видов - общественные. Все остальные - глупые одиночки...

возможно вы спутали с осами. одиночных муравьёв не известно.

Цитировать
"специалисты подозревают, что между взаимодействиями нейронов в мозге и отдельных особей в рое есть много общего"

методы принятия решений
http://www.computerra.ru/60971/ants/

что-то оно явно не то подозревают - нейрон он и есть нейрон, сам по себе работу производить он не способен, и вообще вообще с каких пор муравьи стали "примитивными" чем открывается статья я не знаю....

Сергей · апреля 02, 2013, 00:16:40

Цитата: Limfil от апреля 01, 2013, 22:10:47
возможно вы спутали с осами. одиночных муравьёв не известно.

Да, я ошибся. Просто вспомнил слова Резниковой из передачи Гордона:

Цитироватьбезусловно, это огромная живая масса, покрывающая планету. И я сразу должна сказать, что, если мы будем искать разум в каждом из десяти тысяч видов муравьев, мы его, к сожалению, не найдем. Ведь число видов муравьев примерно равно числу видов живущих птиц. Но все-таки это огромное разнообразие муравьев по своему поведению укладывается в достаточно простые рамки. Мы можем найти интеллектуальные возможности только у своеобразных муравьиных приматов. Это будет, я думаю, ну, примерно 1% -3%, как я могу предсказать, от живущих ныне видов.

Кстати почитайте, если ещё не:

http://groh.ru/gro/ant/ant-gordon.doc