Сети регулируют все - от муравьиных колоний и средних школ до эпидемий и Интернета. Вот как они работают
Мы живем в сети. Интернет, общество, тело, муравьиная колония: все они представляют собой сети взаимодействия, между людьми, муравьями или клетками - совокупность узлов или мест, связанных между собой определенными отношениями. Сила сетей заключается в их локальных связях. Все сети растут, сжимаются, сливаются или разделяются, соединяются между собой. То, как они функционируют и изменяются, зависит от того, какие формы или нарушают связи между узлами. Интернет доминирует в нашей жизни не потому, что он огромен, а потому, что каждый из нас может сделать так много локальных связей. Его размер является результатом, а не причиной его влияния на наше общение.
Нигде решающее влияние локального взаимодействия не видно легче, чем у муравьев, которых я изучаю. Локальный - это все, что знает муравей. Колония работает без центрального управления, на основе сети простых взаимодействий между муравьями. Они локальны по необходимости, потому что муравей не может обнаружить ничего очень далеко. Большинство видов муравьев не могут видеть, и все они полагаются на запах, который они делают со своими антеннами. Важными взаимодействиями являются, когда муравьи касаются антенн, нюхая друг друга, или земли, нюхая химические вещества, осажденные другими муравьями.
Сменяющаяся сеть коротких взаимодействий превращает группу муравьев, каждый из которых не в состоянии оценить какую-либо глобальную цель, в упорядоченный хаос, то есть поведение муравьев-колонистов. В запутанном пологе ветвей и виноградных лоз в тропическом сухом лесу Биологической фермы Шамела на западе Мексики черепахи-муравьи создают и восстанавливают цепь троп, соединяющих их гнезда и источники пищи. Черепахи-муравьи никогда не опускаются на землю, поэтому тропы могут проходить только вдоль ветки или стебля растения. По мере того, как каждый муравей движется, он опускает на землю небольшие капли феромона следа, которые быстро испаряются. Всякий раз, когда муравей подходит к перекрёстку, где один стебель пересекает другой, он выбирает путь, который пахнет феромонами наиболее сильно - путь, по которому большинство муравьёв шли совсем недавно. Таким образом, тропы муравьев создают сеть внутри сети тропической растительности.
В джунглях сеть растительности может быть разорвана. Проходящий хамелеон может стереть множество узлов муравьиного следа, разорвав скопление тонко переплетенных виноградных лоз и ветвей. Муравьиные гнезда изготавливаются в туннелях личиночных жуков, которые предпочитают зарываться в мягкую, гниющую древесину, в результате чего легко ломаются ветки с гнездами. Гнездо приземляется на землю, и муравьи выливаются, многие переносят личинок и куколок, и направляются к ближайшему дереву в поисках тропы.
В ответ на любой перерыв в тропе муравьи восстанавливают его путем незначительного изменения локального, "узел к узлу" выбора пути. Группа студентов и я отметили муравьев лаком для ногтей, и обнаружили, что день за днем одни и те же муравьи, как правило, используют одну и ту же часть сети. Но муравьи не всегда могут попасть в одно и то же место, иначе они никогда не найдут новых источников пищи. Выпуская приманки в нескольких местах от тропы, я узнал, что иногда муравьи отклоняются от тропы и следуют за веткой, не имеющей наибольшего количества феромонов.
Именно эти локальные ошибки, прокладывая не усиленный путь, и делают всю сеть устойчивой к внешним воздействиям. Когда путь разрывается, некоторые муравьи должны покинуть то, что внезапно стало тупиком. Несколько муравьев идут к ближайшему к разбитому узлу и пытаются оттуда добраться до исходного пути. (Это называется "жадным поиском" на языке алгоритмов поиска компьютера). В конце концов, новая часть отремонтированного пути, связывающая два конца исходного, усиливается муравьями, идущими с другого направления. Иногда блуждание на перекрестках также позволяет муравьям находить пищу, или более короткие или менее сложные пути, и подрезать ненужные узлы или петли со следа.
Локальное взаимодействие между муравьями является ключом к эффективному поиску. Коллективный поиск всегда предполагает компромисс между тщательностью, гарантирующей, что ничего не будет упущено из виду, и прикрытием территории, гарантирующим, что весь район будет обыскан. Подумайте, что случится, если вы потеряете кольцо с бриллиантом на футбольном поле. Если у вас есть только несколько друзей, чтобы помочь вам искать, они все должны двигаться вокруг много, чтобы покрыть все поле, но если есть много искателей, то каждый может искать очень тщательно поблизости.
Аргентинские муравьи решают эту проблему, используя локальные взаимодействия для регулирования своего поиска. Они подстраивают свои поисковые пути под плотность. Когда муравьи ищут много, каждый муравей много разворачивается, почти случайно. Если муравьев всего несколько, то они идут по прямым линиям. Похоже, что подсказка к плотности - это кратковременные контакты муравьев с другими муравьями. Очевидное правило таково: "Если я часто встречаю другого муравья, то могу обернуться еще больше". Если нет, я должен ходить по прямой". Эти простые взаимодействия между парами муравьев функционируют в совокупности, чтобы настроить масштаб сети на оптимальный размер для количества доступных муравьев.
