В чём сходство между муравейником и Интернетом?

По мнению некоторых исследователей, социальная организация муравьёв имеет много общего с устройством Всемирной Сети. Более того, разработчики информационных технологий могли бы кое-чему поучиться у этих насекомых.
Муравьи научились формировать колонии 130 млн лет назад, и, по-видимому, именно умение жить сообща привело к необычайному эволюционному успеху этой группы: на Земле сейчас свыше 11 тыс. видов муравьёв. Их социальная организация чрезвычайно напоминает всем знакомые социальные сети и, шире, Интернет. Рано или поздно это сходство должно было броситься в глаза, и вот, наконец, возникло слово «антернет» — гибрид «интернета» и «ant» («муравья»). Появились работы, в которых исследователи напрямую пытались выяснить, что общего между муравьиными и электронными сетями. Например, оказалось, что муравьи ищут пищу по алгоритму, схожему с TCP — протоколу, который регулирует поток веб-данных. Человеческие сети и муравьиные работают по одному принципу: муравьи передают друг другу пакеты данных лишь после подтверждения, что предыдущий пакет был получен, и выходят на поиски пищи после того, как в муравейник придёт товарищ со съедобным грузом.

В заметке, опубликованной в Wired, Дебора Гордон из Стэнфордского университета (США) описывает сходства и различия сетевых объединений муравьёв и WWW. Так, бородатые муравьи-жнецы, населяющие засушливые территории, сильно зависят от воды: пополнять запасы, кои они потратили на поиски пищи, им приходится за счёт семян растений, которые они собирают. Поэтому, даже если разведчик принесёт пищу, его товарищи вовсе не обязательно пойдут туда, откуда он вернулся, — для начала они оценят, стоит ли, грубо говоря, овчинка выделки. Если доставка корма аукнется повышенным расходом воды, муравьи лучше подождут более влажного дня, но не потратят свои «водяные консервы» — семена растений. Исследователи видят в этом ещё одно сходство с протоколом TCP: если нет уверенности, что сообщение дойдёт по адресу, система просто его не отправит.


Успех той или иной колонии, считает г-жа Гордон, зависит не от оптимизации потребления пищи, но от оптимизации расходов — муравьи просто не предпринимают действий, которые в данных условиях будут стоить больших затрат. Это повышает выживаемость колоний: те, что действовали именно так, просуществовали на одном и том же месте свыше четверти века, тогда как другие, менее «разумные», исчезли.

Но что происходит, когда колония увеличивается? Несмотря на рост, муравейник остаётся стабильной системой, будучи хорошо защищён от возможных мелких неполадок, связанных с неправильной работой той или иной особи. Кроме того, система связей в муравейнике построена так, чтобы польза от каждого его члена была больше, чем расход ресурсов на него. В крупной колонии взаимодействия упрощаются, муравьи передают свои сообщения без конкретного адресата, причём таких информационных событий становится избыточно много, а их содержание сводится к минимуму. Это и обеспечивает защитную информационную «подушку»: если один не передаст сообщение, то это сделают за него сотни других. В итоге создаётся прочное информационное облако, работающее на множестве простых и случайных взаимодействий.

При этом эволюция муравьёв позаботилась о разнообразии сетевых алгоритмов, которые подходили бы к самым разным условиям среды. Так, некоторые муравьи живут там, где издержки на поиск пищи не так велики, как в сухой полупустыне, но при этом нужно собирать что-то скоропортящееся (к примеру, кусочки фруктов), да ещё и следить, чтобы соседи не нашли добычу первыми. Задача тут в том, чтобы как можно быстрее найти что-то съедобное и потом защитить находку от посягательств другой колонии. Как это сделать без централизованного управления? С помощью сплошной сети: муравьи рассеиваются по территории (постоянные блуждания в этом случае, напомним, не грозят им потерей воды), и тогда к любому месту, где будет обнаружено нечто стоящее, можно стянуть необходимые силы поддержки.

На практике это выглядит так: муравьи покрывают территорию постоянными маршрутами, «муравьиными дорожками», которые без преувеличения можно сравнить с проводами или информационными каналами. Муравьи сходят с этих дорожек и ищут добычу на довольно небольшой территории — получается что-то вроде разметки местности для поиска. Такая распределённая сеть позволяет быстро ответить всей системе, если от какой-то одной особи придёт соответствующий сигнал, причём сделано это будет безо всякого центрального контроля.

Наконец, ещё одна проблема, которую решают муравьи и с которой сталкивается любой веб-пользователь. Это безопасность. Муравьи разных колоний стараются «подслушать» химические сигналы друг друга (или просто отследить плотность муравьёв-конкурентов), чтобы самим воспользоваться обнаруженными ресурсами. Но муравьи не заботятся об абсолютной защите — вместо этого они меняют своё поведение в зависимости от конкретного уровня опасности. То есть их «противовирусная система» опять же не управляется «из центра», а подстраивается под контекст. По словам г-жи Гордон, наши электронные сети только-только начинают осваивать такие алгоритмы защиты. Ну и, наконец, нельзя не отметить, что муравьи задолго до инженеров освоили принцип кольцевой сети, в которой каждый индивидуум соединён только с двумя другими, что позволяет быстро залатать возможный разрыв в канале связи.

То есть муравьи демонстрируют пример социально-информационной сети, которая децентрализована, легко масштабируется и при этом устойчива к внешним воздействиям — в том числе со стороны других «сетей». Так что, возможно, в скором времени человек станет заимствовать не только биофизические придумки природы, но и некие эволюционные изобретения, которые можно применить в информационных технологиях

Подготовлено по материалам Wired. Изображение на заставке принадлежит Shutterstock.