Jeden to wszyscy, czyli jak działają superorganizmy

Pszczoły żyjące w koloniach pokonują w poszukiwaniu nektaru znacznie większe odległości niż ich samotni kuzyni – dzicy zapylacze. Uczeni z University of Bristol, którzy to opisali w „Current Biology”, uważają, że owady społeczne muszą się w okolicach swojego gniazda liczyć z poważniejszą konkurencją (więcej chętnych na jeden kwiat). Ale to nie jedyny powód, dla którego decydują się na dalsze wyprawy, mimo że w okolicy często nie brakuje atrakcyjnych roślin.

Mniej więcej pół wieku temu Karl von Frisch zauważył, że jeśli jedna pszczoła miodna powróci z nektarem do gniazda, to jej siostry będą poszukiwały pożywienia w tej samej lokalizacji co ona. Austriacki zoolog wywnioskował wtedy, że rój podejmuje decyzje kolektywnie, a nie indywidualnie. Jednostki nie decydują za siebie, lecz dodają swoje zasoby poznawcze do zbiorowości – superorganizmu.

Język tańca

W 2018 r. zespół uczonych z brytyjskiego University of Sheffield i włoskiego Consiglio Nazionale delle Ricerche opublikował na łamach „Scientific Reports” pracę, z której wynikało, że decyzje podejmowane przez rój pszczół podlegają tym samym co w przypadku człowieka prawom psychofizycznym: regule Edmunda Hicka i Raya Hymana, prawu Henri Piérona oraz zasadzie Ernsta Heinricha Webera i Gustava Theodora Fechnera.

Reguła Hicka-Hymana dotyczy relacji pomiędzy liczbą bodźców (lub opcji do wyboru) a czasem podejmowania decyzji. Każdej wiosny kolonia rozmnaża się przez tzw. rozszczepienie. Królowa wraz z tysiącami chroniących ją robotnic opuszcza stare lokum. Zanim jednak to nastąpi, pszczoły-zwiadowcy robią rekonesans okolicy i decydują, dokąd się przeprowadzić. Uczeni dowiedli, że wybór nowego siedliska trwa tym dłużej, im więcej opcji jest do wyboru. A także że miara tej zależności jest taka sama w roju pszczół i w ludzkim mózgu.

Prawo Piérona mówi, że decyzje podejmowane są sprawniej, jeśli analizowane bodźce są wyższej jakości. Podczas lotu zwiadowczego pszczoły oceniają lokalizacje i powracają do gniazda, by przekazać informacje o nich innym robotnicom. Robią to za pomocą tzw. tańca werbunkowego. Im lepszy jest potencjalny przyszły dom, tym bardziej aktywna jest zwiadowczyni: potrząsa odwłokiem tym szybciej, im lepsze parametry (np. wielkość, bezpieczeństwo, bliskość) ma nowe gniazdo.

Szczegóły tej komunikacji zostały pierwszy raz opisane w latach 40. XX w. przez von Frischa. Stwierdził on m.in., że jest niezwykle precyzyjna. Zwiadowczyni tańczy na obrysie jednej lub dwóch bardzo spłaszczonych ósemek – wielokrotnie, by żadna z obserwatorek nie przegapiła przekazu. Długość osi tańca odzwierciedla odległość pomiędzy aktualnym gniazdem a „omawianą” lokalizacją: każda sekunda odpowiada tysiącu metrom. Zwiadowczyni ustawia też oś swojego tańca pod takim kątem, pod jakim należy lecieć do konkretnego miejsca (za punkt odniesienia mając Słońce).

W latach 50. XX w. odkryto dodatkowo, że o przyszłej lokalizacji gniazda (ale też o innych sprawach dotyczących funkcjonowania roju) pszczoły decydują demokratycznie. W odpowiedzi na komunikat zwiadowczyni inne robotnice lecą we wskazane miejsce. Jeśli przypadło im do gustu, po powrocie odtwarzają ten sam taniec. Jeśli postąpi tak większość, klamka zapada.

Jeśli dwie opcje są podobne jakościowo, to będą rozróżniane przez rój zgodnie z trzecią psychofizyczną regułą – prawem Webera-Fechnera. Głosi ono, że na percepcję bodźców wpływa nie różnica arytmetyczna ich wielkości, lecz stosunek. Przykładowo, jeśli mamy porównać zawartość dwóch pudełek zapałek, to znacznie łatwiej będzie nam to zrobić, gdy w jednym z nich znajdzie się 10 elementów, a w drugim 20, niż odpowiednio 110 i 120. W pierwszym przypadku różnica jest dwukrotna, dlatego łatwiej ją uchwycić.

Złożona prostota

Sposób, w jaki rój planuje swoje działania, zależy nie tylko od czynników zewnętrznych, ale też od tych wewnętrznych – np. od składu zbiorowości. W 2021 r. uczeni z University of California San Diego dowiedli, że duże kolonie są mniej skłonne do podejmowania ryzykownych decyzji niż małe. Te drugie – piszą badacze w „Journal of the Royal Society Interface” – mają skromniejsze zasoby pożywienia, dlatego są bardziej skore do poszukiwania nektaru w niebezpiecznych warunkach i mniej pewnych lokalizacjach.

To prowadzi do interesujących wniosków: jednostka podstawowa (pszczoła) jest taka sama w dużym i w małym układzie (roju). A jednak całość funkcjonuje inaczej, gdy liczba składowych się zmienia. Zasada ta przekłada się na wiele układów biologicznych oraz fizycznych, w tym zwłaszcza na te, które mają pewne cechy superorganizmów.

Pojedyncza ryba pływająca w toni oceanu ma niewielkie szanse na przetrwanie. Szybko zostanie zauważona przez drapieżnika i najpewniej upolowana. Dlatego wiele ryb tworzy ogromne ławice. One bowiem wykazują wiele specyficznych zachowań – uników i reakcji na zagrożenie – których nie przejawia żadna z ryb. Co więcej, odkształcają się, manewrują i synchronizują swoje ruchy, jakby były jednym organizmem. Ich spójność sprawia wręcz wrażenie, jakby były prowadzone przez przywódców. Tymczasem ich nie ma. Każdy osobnik stosuje się po prostu do nieskomplikowanych zasad: trzymaj się stosunkowo blisko innych i nie przestawaj płynąć. Zjawisko to odnosi się nie tylko do zachowania. Żaden termit nie posiada przecież projektu termitiery, a jednak kolonia wspólnie tworzy niezwykle skomplikowane budowle, które osiągają nawet do 9 m wysokości, mają złożony system wentylacji i termoregulacji, a także podział na jednostki funkcjonalne (spiżarnie, wylęgarnie itp.). Każdy owad spełnia jedynie swoją funkcję, by zapewnić przetrwanie kolonii – tak jak czynią to komórki zapewniające przetrwanie organizmowi.

Rezygnacja z decyzyjności indywidualnej na rzecz kolektywnej nie jest charakterystyczna dla wszystkich superorganizmów i nie w każdych okolicznościach. Na przykład golce piaskowe – bezwłose, podziemne gryzonie – żyją w koloniach liczących nawet 300 zwierząt. Ale rozmnażanie się to domena jedynie królowej i jej dwóch–trzech partnerów. Jeśli matce rodu coś się stanie, jej rolę przejmuje następna w hierarchii samica, odzyskując zahamowaną wcześniej płodność. Również na nią przechodzi wtedy moc sprawcza i pewna decyzyjność. Golce bowiem, podobnie jak owady społeczne, nie wszystkie decyzje podejmują kolektywnie. Jak będą się rozrastały korytarze, gdzie i w jaki sposób przechowywać pożywienie – tym zarządza inteligencja zbiorowa. Ale „językiem” już nie.
Autorzy badań opublikowanych w 2021 r. w „Science” wykazali nie tylko, że każda kolonia golców posiada swój własny dialekt, lecz także że wybiera go dominująca samica. Podobną sytuację zaobserwować można u gatunku, który klasycznie nie jest zaliczany do superorganizmów – u wilka. W stadzie tylko jedna para zwierząt się rozmnaża; ona też podejmuje decyzje za całą watahę (kiedy, gdzie i w jaki sposób polować, jaki jest zasięg terytorialny, jaka ma być interakcja z innymi stadami itp.).

Zamiana ról

Ale bywa i tak, że kolektywne decyzje nie są podejmowane ani poprzez głosowanie, ani za pomocą odgórnego nakazu. Czasami wszystko rozstrzyga się „samo”. Mrówki to zwierzęta eusocjalne, czyli – zgodnie z biologiczną nomenklaturą – „właściwie społeczne”. Obowiązuje u nich ścisły i niepodważalny podział na kasty przypisane do określonych ról, a kolonia ma cechy typowego superorganizmu. Nie oznacza to jednak, że pewne zadania nie mogą się zmieniać. U niektórych gatunków mrówek robotnice są podzielone na podkasty wyspecjalizowane w konkretnych pracach (opieka nad jajami i larwami, zbieractwo lub walka w obronie mrowiska). Te role są regulowane niejako automatycznie: kiedy jedna grupa padnie ofiarą drapieżnika albo gdy jej zadania wymagają w danym momencie większego nakładu sił, zostaje zasilona przez przedstawicielki innych podkast (np. jeśli w pobliżu mrowiska padnie zwierzę, rola zbieraczek staje się priorytetowa, dlatego pomagają im „żołnierze”).

Jak podają autorzy pracy opublikowanej w 2010 r. w „Communicative and Integrative Biology”, rolami tymi można manipulować farmakologicznie, podając mrówkom substancje aktywujące lub hamujące określone geny. W analogiczny sposób owady manipulują same sobą: kiedy robotnica kontaktuje się i wymienia feromony z wieloma siostrami, a tylko niektóre z nich są zbieraczkami, to w nieuświadomiony sposób zlicza ten niedobór i sama inicjuje własną przemianę w zbieraczkę.

Wola kolonii

Takie metamorfozy mogą zachodzić również u tych gatunków mrówek, u których podział na podkasty przekłada się nie tylko na realizowane zadania, ale też na budowę ciała. Na przykład u Camponotus floridanus żołnierze są dwa razy więksi od zbieraczek, mają też kilkukrotnie większą głowę uzbrojoną w imponujące szczęki. Kiedy na zadania realizowane przez jedną z nich będzie większe zapotrzebowanie, druga przejmie jej funkcje. Zespół uczonych z University of Pennsylvania określił podłoże tego mechanizmu. W pracy opublikowanej w 2016 r. w „Science” wykazał, że pod wpływem pewnych bodźców (np. chemicznych) mrówki z tego gatunku modyfikują ekspresję swoich genów i w efekcie zmieniają funkcjonalność – np. gigantyczne żołnierki razem z miniaturowymi siostrami zaczynają gromadzić pożywienie.

Mrówki nie robią jednak tego w oparciu o własną decyzję – wykonują „wolę kolonii”, która musi zabezpieczyć odpowiednimi wykonawcami wszystkie kluczowe funkcje. A jeśli trzeba – umierają dla niej. Kolonialne „siostry” są bowiem ze sobą tak blisko spokrewnione, że śmierć w imię roju jest śmiercią w imię własnych genów.

Jeśli to genetyczne podobieństwo jest tak daleko posunięte, to i kolektywne decyzje są dla jednostek bardziej korzystne niż dążenie do indywidualnych celów. Jest to więc ewolucyjna wersja witkacowskiej formy ukojenia dla tych, co – jak czytamy w „Szewcach” – „chcieliby wszystko od razu; oni chcą zużyć inteligencję, chcą nikogo nie mordować, chyba że już nie można inaczej”.