Сети муравьев: пространство и распространение заболеваний

Социальные связи – важный механизм распространения социальных практик, информации, заболеваний. Когда мы говорим о социальных сетях, мы имеем в виду в первую очередь связи между людьми, в то время как поведение животных также может быть пронизано социальными контактами. В этом посте мы расскажем о том, каким образом социальные связи влияют на распространение различных сигналов, в том числе поведения и заболеваний среди муравьев. При этом мы рассмотрим не только прямые, но и косвенные связи насекомых. 

Время, место и муравьи

Биологи Томас Ричардсон и Томас Горочовски в работе «Помимо контактного распространения в сетях: роль пространственного совпадения» изучают распространение коллективного поведения среди муравьев.

Как отмечают авторы исследования, информация, инфекции и любые другие типы «передаваемого поведения» могут распространяться между индивидами не только в результате непосредственного социального контакта,  но и в случае, если эти агенты были в одном месте. Приведем простой пример. В случае, если больной гриппом чихал и кашлял во время поездки в вагоне метро, то не только его непосредственные попутчики, но также и те, кто зашел в вагон после больного, могут заразиться этим вирусом. Но вероятность заразиться при прямом контакте оказывается гораздо выше.

Источник

Именно поэтому для изучения процесса распространения в сообществах целесообразно проводить разделение взаимодействий агентов на два типа: «в одном месте в одно время» и «в одном месте в разное время». В модели исследователей учитывается, что чем меньше времени происходит между посещениями одного и того же места, тем больше вероятность влияния одного насекомого на другое. Таким образом, контролируется роль пространства и времени в процессах передачи информации и заболеваний. На основе информации о прямых и непрямых взаимодействиях насекомых исследователи составляют взвешенный граф их связей. Данные были собраны в ходе наблюдения за прогулкой муравьев.

Ричардсон и Горочовски моделируют распространение в сети в полученном графе с использованием SI-модели. Модель SI (Susceptible – Infected) является самой простой моделью распространения эпидемий. В ней предполагается наличие в популяции определенного (обычно небольшого) процента инфицированных особей (Infected), которые с определенной вероятностью при контакте с восприимчивыми особями (Susceptible) передадут им вирус. С течением времени все больше восприимчивых особей будут заражаться и становиться инфицированными.

Результаты симуляционных исследований говорят о том, что для распространения поведения непрямые связи между муравьями оказываются значимыми. То есть муравей может заразить других особей вирусом даже не вступая с ними в прямой контакт.

При этом авторы исследования отмечают, что их оценки нуждаются в дополнительной эмпирической проверке на разных выборках. Вполне возможно, что при распространении важной информации или заболевания взаимодействия особей внутри популяции будет построено по различным алгоритмам. В первом случае особи будут предпринимать усилия для того, чтобы информация в кратчайшие сроки распространилась. Во втором случае, особи будут пытаться изолировать распространяющих вирус, чтобы предотвратить распространение эпидемии.

На первый взгляд, статья Ричардсона и Горочовски наконец-то отвечает на вопрос о том, оказывается ли пребывание в одном месте разных индивидов в разное время важным для передачи поведения. Но, как и любая работа, она ставит перед исследователями еще больше вопросов. Например, каким образом роль общего пространства меняется в зависимости от того, что является распространяемым сигналом – полезная информация, заболевание или срочный сигнал о помощи.