Недавно мы попросили другой вид муравьев решить эту проблему в микрогравитации, на Международной космической станции (МКС). Мы отправили на МКС тротуарных муравьев на небольших аренах с барьером внутри. Чтобы узнать, как муравьи корректируют свои пути при снижении плотности, астронавты открыли барьер, так что исследуемые муравьи внезапно оказались в большом пространстве, где они встречались реже.
Арены были очень мелкими, так что места для плавания муравьев было не так уж много, но время от времени муравей терял контроль над поверхностью и ходил по кругу в танцах в стиле Майкла-Джексона, пока не смог вернуться вниз. Казалось, что муравьи так усердно работали, чтобы оставаться привязанными к поверхности, что они не могли настроить свои пути для поиска столь же эффективно, как муравьи на контрольных аренах на Земле. Вы можете сами попробовать экспериментировать с гравитацией с вашими любимыми видами муравьев (Ant Colony Search); простая арена, без красивой механической обработки, которую делала NASA, работает просто отлично.
Инженеры, проектирующие роботов для поиска горящего здания или другой планеты, используют системы, подобные муравьиным, основанные на сетях локальной связи. Эти методы роя могут быть проще, дешевле и прочнее в отказе, чем система, использующая центральное управление. Если каждый поисковик должен передать информацию обратно на центральную станцию, которая, в свою очередь, составляет карту и сообщает каждому игроку, что делать, требуется сложное центральное управление, и если оно ломается, то все функции теряются. В отличие от этого, локальные взаимодействия имеют избыточность; если один из них не работает, другой может.
Локальные взаимодействия регулируют многие природные системы. Экологические сети показывают огромное разнообразие типов связей: один организм может жить внутри другого, прилипать к нему, карабкаться по нему, есть его, кормить его, собирая или переваривая его питательные вещества, помогать ему размножаться, перенося его пыльцу или рассеивая его семена. Все организмы работают в некой экологической сети; ни один живой организм не действует самостоятельно. Даже каждая из наших клеток содержит органеллы, объединенные в древнее сотрудничество между бактериями.
Например, рак, как и все остальное, что делают клетки, прогрессирует в ответ на локальные взаимодействия. Раковые клетки являются потомками здоровых, и они могут процветать и размножаться, потому что до сих пор говорят на местном языке своих предков. Эти разговоры позволяют им находить удобные кварталы, в которых можно метастазировать, вызывать кровоснабжение, разоружать своих двоюродных братьев из иммунной системы и отключать инструкции от других клеток, которые могли бы помешать их размножению. Прерывание этих бесед препятствовало бы росту рака.
Отношения между раковыми клетками объясняют многие из неудач химиотерапии. Опухоли содержат много различных форм раковых клеток, каждая из которых происходит из различных эволюционных линий. Даже когда химиотерапия стирает обнаруживаемые признаки опухоли, раковые клетки все равно могут оставаться. Дальнейшее применение ядовитой терапии способствует эволюции все более устойчивых клеток. Эти устойчивые клетки, больше не конкурирующие за ресурсы со своими поздними, более чувствительными соседями, могут быстро размножаться, и, возможно, не будет доступных лекарств, чтобы убить их.
Точно так же вмешательство человека в экологические сети привело к появлению вредоносных насекомых сельскохозяйственных культур и бактериальных инфекций, которые лекарства не могут остановить. Люди в популяции отличаются друг от друга по восприимчивости. Использование одних и тех же ресурсов связывает их друг с другом конкуренцией - то, что ест один человек, является потерей для другого. Пестицидное или антибиотическое нападение убивает всех людей, за исключением наиболее резистентных, отбирая у них резистентность, а не восприимчивость. У резистентных вдруг появляются ресурсы, которые быстро растут. Разрабатываются новые методы поддержания как восприимчивых, так и резистентных особей в сетях раковых клеток, патогенов или сельскохозяйственных вредителей, чтобы они продолжали конкурировать друг с другом.
Интегрированная борьба с вредителями и "адаптивная химиотерапия", например, работают для того, чтобы убить только некоторых, а не всех чувствительных вредителей или раковых клеток. Остальное они оставляют, чтобы помочь подавить резистентных. Эти новые формы борьбы учитывают местные взаимодействия, которые регулируют сети вредителей или клеток.