Некоторые животные действительно удивляют нас своим умом. Овцы, как правило, не являются одним из таких животных для большинства людей. Но независимо от того, чего этим мохнатым тварям не хватает в индивидуальном интеллекте, они компенсируют это в группах, как показывают новые исследования. Согласно полученным данным, коллективное поведение овец в стаде следует принципу самоорганизации, при этом особи постоянно адаптируют свое направление и скорость таким образом, чтобы вызвать «коллективное» движение.
Авторы объясняют, что животные попеременно ведут стаю и следуют за другим лидером органичным и очень подвижным образом. Такие процессы представляют собой пример коллективного разума, который может рассказать нам больше о том, как самоорганизующиеся системы могут обмениваться информацией между своими отдельными частями, давая нам представление о том, как воссоздать такие системы в будущем.
Овца ведет путь
«В большинстве стадных животных коллективное движение не является непрерывным процессом, а происходит эпизодами: фазы коллективного движения прерываются, например, для отдыха или кормления», — сказал Фернандо Перуани, соответствующий автор статьи для Phys.org . «Тем не менее, большинство исследований коллективного движения, включая экспериментальные и теоретические, рассматривают группы, которые остаются в движении от начала до конца. Кроме того, часто предполагается, что стайное поведение требует, чтобы люди постоянно договаривались о направлении движения».
Трио исследователей из Университета Лазурного Берега, Университета Тулузы и Парижского университета Сержи использовало физические теории для изучения коллективного поведения небольших стад овец. Их главная цель состояла в том, чтобы исследовать эти системы с точки зрения конечных, самоорганизующихся коллективных движений. Они объясняют, что такой подход позволил им лучше изучить процессы принятия решений отдельными овцами, чтобы понять, как возникают движения всего стада.
Для эксперимента команда изучала естественное поведение небольших групп овец в разные промежутки времени. Отслеживались траектории движения каждой отдельной овцы, а также их ориентация и положение в стаде.
«Сначала мы показали, что ни одна из существующих моделей стада или их расширений не согласуется с нашими наблюдениями», — сказал Перуани. «Затем мы проанализировали, как информация проходит через группу, идентифицировали сеть взаимодействия, соответствующую данным, и исследовали, какая информация передается через эту сеть».
В целом команда пришла к выводу, что взаимодействие между отдельными членами стаи было очень иерархичным. Кроме того, все животные в стаде образуют сеть, и информация распределяется по этой сети в соответствии с положением каждого животного в группе.
Основываясь на своих наблюдениях, команда построила модель коллективного движения животных, которая фокусируется на двух когнитивных процессах: выборе лидера, когда каждый лидер ведет стаю в течение определенного периода времени, и механизме навигации, который лежит в основе того, куда движется стадо.
«Важно отметить, что у каждой фазы коллективного движения есть временной лидер, — объяснил Перуани. — Мы исследовали математические свойства получившейся модели, чтобы определить преимущества представленной коллективной стратегии. Я считаю, что основной вклад заключается в следующем: животные, используя иерархическую сеть взаимодействия для совместного движения, на какое-то время передают полный контроль над группой временному лидеру, но также происходит быстрая смена временных лидеров». «Если временный лидер обладает знаниями, относящимися к группе (например, выход из лабиринта или местонахождение источника пищи), тогда он сможет эффективно направлять группу», — добавляет Перуани. «Таким образом, все члены группы пользуются этим знанием. Стоит отметить, что это работает только в том случае, если все люди следуют за временным лидером без вопросов».
Выводы, по сути, предполагают, что у стаи нет определенного лидера, но разные животные по очереди берут на себя эту роль. Что здесь особенно интересно, так это то, насколько плавным является этот переход: в человеческих обществах передача власти или лидерства часто отмечена неопределенностью и хаосом.
Чего мы, однако, пока не знаем, так это того, как стадо решает, что пришло время новому лидеру взять бразды правления в свои руки, или как определяется этот лидер. Потребуются дальнейшие эксперименты, чтобы определить это, а также помочь нам понять, применима ли такая динамика и к другим стадным животным или ограничивается только овцами.
«Мы задались вопросом: если в каждый момент времени есть временный лидер, как группа делится и обрабатывает информацию, которая может быть у каждого отдельного члена группы? Может ли группа выполнить объединение информации, чтобы улучшить свою способность точно ориентироваться в удаленном месте? Короче говоря, проявляет ли группа коллективный разум?» — сказал Перуани. «Мы доказали, что, регулярно меняя временного лидера, группа способна демонстрировать объединение информации и коллективный разум».
Полученные данные особенно интересны исследователям, работающим с информационными системами или роевыми приложениями, такими как кооперативные роботы. Овечьи стада объединяют аспекты как иерархической, так и демократической структур, при этом один лидер имеет полный контроль над тем, куда идет стадо, но стадо сохраняет полный контроль над тем, кем является этот лидер в любой момент времени.
«Сейчас мы изучаем коллективное движение с использованием групп разных агентов», — добавил Перуани. «В частности, мы сравниваем спонтанное поведение групп ягнят, молодых овец и взрослых овец, чтобы выяснить, учатся ли овцы следовать за временными лидерами и действовать как единое целое с течением времени. Мы также изучаем, как группы ведут себя в сложных условиях, таких как лабиринты или арены с различными участками питания, которые могут вызвать конфликт интересов внутри группы. И в более общем плане мы исследуем, как коллективы распределяют и обрабатывают информацию, используя несколько инструментов статистической механики».
