Какой была бы повседневная жизнь человека без чисел? Это трудно представить. А как насчет животного мира?
Исследования последних нескольких десятилетий показали, что животные, как и люди, обладают "чувством числа" и используют понятие числа в своей жизни; эта способность считать не основана на лингвистических навыках, а уходит корнями еще дальше, чем эволюция современного человека.
Поскольку число - это навык выживания, оно важно для выживания и размножения животных. Именно поэтому этой способностью обладают самые разные животные.
Многие исследования среды обитания животных показали, что умение считать способствует развитию широкого спектра навыков выживания, включая добывание пищи, охоту, избегание хищников, ознакомление с окружающей средой, навигацию и социальные контакты.
Шимпанзе становятся все тупее и тупее, а шесть навыков в мире животных находятся на грани исчезновения
Правда о математике: цифровая модель реального мира или сама реальность?
Умные вороны: они могут пользоваться торговыми автоматами и делать монеты!
Династия: любители сахара и невидимая сторона шимпанзе в джунглях
Портреты диких животных, находящихся под угрозой исчезновения: кто находится под угрозой?
Бурый медведь с рыбой во рту
Знают ли медведи, сколько рыбы они поймали?
Групповая власть
Самые древние живые организмы на Земле - одноклеточные микробы - обрабатывали цифровую информацию еще до появления организмов, способных считать. Бактерии выживают, поглощая питательные вещества из окружающей среды, делясь и размножаясь, один становится двумя, два становятся четырьмя...
В последние годы микробиологи сделали новое открытие - эти одноклеточные бактерии на самом деле социально активны и могут чувствовать, есть ли рядом другие бактерии. Другими словами, они чувствуют количество бактерий.
Например, Vibrio fischeri, бактерия, живущая в океане, может производить свет с помощью биолюминесцентного механизма, похожего на свечение светлячка.
Vibrio fischeri не светится, когда он находится в значительной степени один в разбавленном растворе (очень низкая плотность). Однако, когда плотность бактерий достигает определенного уровня, все они светятся одновременно.
Светлячки, светящиеся в лесу
Муравьи и пчелы
Удивительно, но роевое зондирование не является уделом бактерий - животные тоже используют его.
Японский муравей-листорез (Myrmecina nipponica) - хороший пример: как только они чувствуют рой, они массово перемещаются на новое место.
В этом консенсусном процессе принятия решений муравьи массово перемещаются только тогда, когда количество муравьев-листорезов на целевом участке велико.
В этих условиях они считают безопасной миграцию своих гнезд.
Цифровые когнитивные навыки также имеют решающее значение для навигации животных и составления эффективных кормовых планов и маршрутов.
В 2008 году биологи Мари Дакке и Мандиам Шринивасан провели элегантный эксперимент в полностью контролируемом состоянии и обнаружили, что пчелы способны оценить, сколько ориентиров находится на траектории полета, ведущей к источнику пищи, даже после изменения пространственной схемы.
Пчелы полагаются на количество ориентиров для измерения расстояния между ульем и источником пищи. Поэтому определение численности имеет решающее значение для их выживания.
Когда речь идет об оптимизации кормовых стратегий, часто кажется самоочевидным, что "больше - значит лучше", но иногда лучше пойти другим путем.
Полевки любят есть живых муравьев, но с муравьями не стоит шутить, они могут быть опасны, поскольку при угрозе укусят нападающего.
Муравьи
Муравьи считают, чтобы решить, когда перемещать свои гнезда
Если вы поместите полевку в одно пространство с двумя колониями муравьев, одна из которых имеет большое количество муравьев, а другая - малое, на какую из них нападет полевка? Тот, у которого меньше номер!
В одном эксперименте полевкам дали выбор между 5 и 15, 5 и 30, 10 и 30 муравьями, и каждый раз они выбирали колонию с меньшим числом.
По-видимому, они выбрали этот способ, чтобы чувствовать себя более комфортно во время кормежки и избежать более частых укусов муравьев.
Цифры важны
Понятие числа играет важную роль в качестве подсказки при коллективной охоте.
Количество волков, участвующих в облаве, определяет вероятность успешной охоты на лося или бизона.
Волки часто охотятся на крупных животных, таких как лоси и бизоны, но крупные животные не поддаются и бьют и кусают, чтобы убить волка.
Поэтому оптимальное количество волков для округления варьируется от животного к животному. Для лося достаточно от двух до шести волков, в то время как с зубрами дело обстоит сложнее, и успешная охота возможна при участии от девяти до 13 волков.
Так, для волков действительно существует "сила в количестве" во время охоты, но это зависит от свирепости добычи.
Животные, у которых мало возможностей защитить себя, как правило, действуют группами, и это явление демонстрирует "стратегию выживания "сила в количестве", которая не нуждается в объяснении.
Но объединение в группы - не единственная стратегия, связанная с цифровой силой для защиты от естественных хищников.
Иногда цифры не так просты при выборе стратегии охоты
Певческие сигналы
В 2005 году группа биологов из Вашингтонского университета обнаружила, что европейские черноклювые синицы обладают удивительной способностью подавать сигнал тревоги, чтобы предупредить своих сородичей об опасности поблизости.
Как и многие другие животные, черношапочная синица посылает предупреждающий сигнал своим товарищам, когда чувствует врага или опасность поблизости.
В случае появления неподвижного хищника предупреждающий сигнал черноклювой синицы звучит примерно так: "ки-ка-ти".
Исследователи обнаружили, что количество слогов "ти" в конце призыва передает информацию об уровне опасности.
Например, два слога "ти" в слове "ки-ка-ти-ти" могут означать, что поблизости находится менее опасная сова.
Эти серые совы слишком велики и неуклюжи, чтобы гоняться по кустам за маленькими проворными синицами, поэтому они не опасны.
Напротив, малая сова - самый опасный хищник, поскольку она свободно перемещается по лесу и с легкостью преследует черношейную синицу.
Когда чернохвостая синица видит сову, звук "ти" в конце тревожного крика увеличивается в несколько раз, до "ч-ка-ти-ти-ти-ти-ти-ти".
Очевидно, что это численно основанная стратегия защиты от врагов.
Лев
Львица оценивает количество своих противников до того, как встретится с ними
Различение между многими и немногими
В ситуациях, когда ресурс необходимо тщательно охранять, важен размер стада и количество животных; оценка количества членов обеих групп, несомненно, имеет значение с точки зрения выживания сильнейших.
Один из общих выводов, сделанных несколькими видами млекопитающих, которые проложили свой путь в мире природы, заключается в том, что в битве за ресурсы численность - это разница между победой и поражением.
Карен Маккомб, зоолог из Сассекского университета, однажды провела с коллегами передовой эксперимент по изучению инстинктивной реакции львиц в национальном парке Серенгети в Танзании при столкновении с чужаками.
В ходе исследования изучалась реакция диких животных, когда они слышали звук, воспроизводимый громкоговорителем, имитирующий вторжение незваного гостя.
Если звук был похож на чужого льва, львицы агрессивно бросались к громкоговорителю, рассматривая его как врага.
Команда воспроизвела рев львицы, вторгшейся на территорию группы львиц в Национальном парке Серенгети.
Они воспроизвели два отдельных смоделированных звука: рев незнакомой львицы и коллективный рев трех львиц.
Цель эксперимента заключалась в том, чтобы попытаться определить, влияет ли контраст между количеством нарушителей и количеством защитников на стратегию защитников.
Было установлено, что львица в одиночку очень неохотно берется за одного или трех нарушителей.
Когда три хранителя были вместе, они решительно нападали на одного нарушителя (симулированного врага в симулированном звуке), но колебались при трех нарушителях.
Львы
В царстве животных числа имеют значение, и умение считать - это несомненное преимущество!
Очевидно, что риск получить травму в схватке с тремя злоумышленниками служит для них предупреждением.
Только когда на их территории будет пять или более товарищей, они примутся за трех нарушителей (при имитации звука).
Другими словами, львицы будут противостоять нарушителю, только если у них есть численное преимущество; это наглядно демонстрирует способность животных использовать количественную информацию для определения своих действий.
Военная стратегия
Те же поведенческие черты проявляются у близкого родственника человека в животном мире - гориллы.
Майкл Уилсон и его коллеги из Гарвардского университета провели аналогичные эксперименты, проверяя реакцию шимпанзе на имитацию звука, и обнаружили, что они вели себя как военные стратеги.
Казалось, они бездумно применяют арифметические уравнения, используемые военными для расчета контраста в силе между врагом и нами. В частности, шимпанзе следовали предсказаниям, которые дает модель боя, основанная на квадратичном законе Ланчестера в военной теории.
Эта модель предсказывает, что когда обе стороны имеют большое количество войск в бою, одна сторона будет готова воевать только в том случае, если у нее по крайней мере в 1,5 раза больше войск, чем у другой.
Именно так отреагировали дикие шимпанзе, на которых проводился эксперимент.
С биологической точки зрения, сохранение жизни - это средство достижения цели, а цель - это наследование генов.
Показателен способ размножения желтопузика (Tenebrio molitor): многие самцы спариваются со многими самками жуков, и конкуренция очень жесткая.
В результате самец желтоклювого будет ухаживать за все большим количеством самок, чтобы максимально увеличить свои шансы на спаривание.
Шимпанзе
Шимпанзе, как и люди, принимают стратегические решения и умеют заключать союзы
После спаривания самец также охраняет самку, не позволяя ей спариваться с другими самцами; кроме того, продолжительность доминирования в спаривании связана с количеством соперников, с которыми самец сталкивается до спаривания; чем больше соперников он побеждает, тем дольше длится его доминирование после спаривания.
Очевидно, что такое поведение играет важную роль в размножении желтых мурок и поэтому имеет высокую адаптивную ценность. Способность оценивать численность повышает конкурентоспособность самцов желтых мучных червей в половых вопросах.
Это может стать основным фактором развития более сложных когнитивных способностей для оценки количества в ходе эволюции природы.
Гонка сперматозоидов
Если вы думаете, что успешное спаривание - это победа, вы ошибаетесь. Для некоторых животных все гораздо сложнее - финальный приз принадлежит тому, кто успешно оплодотворит яйцеклетку.
После того, как самцы сделали свою работу по спариванию, гонка сперматозоидов только начинается; они должны первыми достичь яйцеклетки и оплодотворить ее.
В биологии главенствует размножение, и гонка сперматозоидов также вызывает множество адаптаций на уровне поведения животных.
Как у насекомых, так и у позвоночных животных способность самцов оценивать интенсивность конкуренции определяет количество и состав спермы.
Например, в отряде скорпионид Cordylochernes scorpioides обычно несколько самцов спариваются с одной самкой.
Очевидно, что сперма первого спарившегося самца имеет самые высокие шансы на оплодотворение, в то время как шансы всех последующих самцов стать отцом ее потомства становятся все более низкими.
Скорпионы в пустыне
Длиннорукие сцинки из порядка Scorpionophora практикуют "моногамию".
Однако производство спермы - дорогостоящий процесс, поэтому распределение спермы взвешивается, а количество сперматозоидов в сперме определяется вероятностью оплодотворения.
Самец скорпиона принюхивается, чтобы определить, со сколькими соперниками спаривалась самка, и, основываясь на обонятельных сигналах, его выделение спермы уменьшается по мере того, как число соперников, ранее спаривавшихся с самкой, увеличивается от нуля до трех.
Умник
Некоторые птицы умеют обманывать самих себя и ловко перекладывать ответственность за воспитание потомства на других представителей своего вида. В конце концов, инкубация и высиживание яиц - это тяжелая работа, и лучше позволить другим птицам сделать это за вас.
Эти птицы, называемые гнездовыми паразитами, откладывают свои яйца в гнезда других птиц и позволяют хозяину делать все, начиная от насиживания и заканчивая кормлением.
Невезучий хозяин, естественно, недоволен и будет стремиться избежать того, чтобы стать жертвой этого мошенничества с эксплуатацией. Одной из стратегий защиты является подсчет.
Например, американский цыпленок Боун Топ будет тайком подкладывать свои яйца в соседское гнездо, надеясь, что сосед запутается, примет яйца другой семьи за свои и высидит их вместе. Соседи не глупы и постараются избежать такой эксплуатации.
Исследования экологии диких американских костлявых чикаг показали, что потенциальные хозяева могут подсчитывать количество отложенных ими яиц, а затем игнорировать яйца этих дополнительных птиц-паразитов.
Синица с черной верхушкой
Сигналы предупреждения об опасности, подаваемые черноклювым титом, зависят от уровня опасности, при этом большее количество дополнительных тонов в конце указывает на большую опасность.
Мелкая североамериканская певчая птица, которая особенно искусна в гнездовом паразитизме, - это буроголовая бычья иволга.
Эта иволга очень изобретательна. Птица-мать, не будучи разборчивой, посещает для откладки яиц самые разные гнезда хозяев - от маленьких, как у пеночки-веснички, до больших, как у лугового мартина.
Однако эти избранные хозяева должны быть умными, чтобы обеспечить правильную интродукцию потомства и вырастить его здоровым.
Когда буроголовая иволга откладывает яйцо, ей требуется 12 дней для инкубации - очень точное время; если она будет инкубировать только 11 дней, птенцы не вылупятся, и яйцо будет испорчено.
Поэтому время инкубации яиц из гнезд птиц-хозяев, выбранных буроголовыми иволгами, колеблется от 11 до 16 дней, в среднем составляя 12 дней.
Эти матери-хозяева обычно откладывают по одному яйцу в день, и как только проходит один день без отложенного яйца, птица-мать начинает насиживать яйцо. Это означает, что молодые птицы начинают развиваться в своих скорлупах.
Эта информация важна для бурокрылой иволги, потому что ей нужно найти подходящего хозяина, но ей также необходимо определить точное время, когда хозяин откладывает яйца, чтобы яйца, которые она откладывает в гнездо хозяина, насиживались в течение 12 дней.
Птицы-злодеи
Эксперименты, проведенные Дэвидом Уайтом и Грейс Фрид-Браун из Университета Пенсильвании (США), показали, что самки буроголовой бычьей иволги внимательно следят за гнездами своих матерей-хозяек, чтобы процесс гнездового паразитизма был синхронизирован с временем инкубации яиц хозяина.
Как только буроголовая иволга определила гнездо хозяина, она обратила внимание на то, насколько больше яиц было в гнезде по сравнению с первым посещением. Если увеличение продолжается, значит, хозяин все еще находится в процессе откладывания яиц и процесс инкубации еще не начался.
Кроме того, буроголовые иволги будут искать бреши в гнездах, которые увеличиваются на одно яйцо в день в течение нескольких дней.
Например, если буроголовая иволга увидит одно яйцо при первом посещении гнезда хозяина и три яйца при третьем посещении, она отложит там свое яйцо.
Если при последнем посещении выясняется, что количество добавленных в гнездо яиц меньше, чем количество дней между двумя последними посещениями, он знает, что процесс инкубации начался и что больше нет смысла откладывать яйца в это гнездо, чтобы получить преимущество или позаимствовать свет.
Разве это не сложная математическая задача? Мать буроголовой иволги, чтобы передать бремя, должна непрерывно посещать разные гнезда в течение нескольких дней, запоминать изменение количества яиц в гнезде, оценивать количество яиц, отложенных птицей-хозяином между посещениями, считать количество дней и, наконец, определить, в какой день в какое гнездо были отложены яйца.
И это все? Пока нет.
Буроголовая бычья иволга
Непокорная птица-хулиган
У матери, буроголовой иволги, есть ряд последующих улучшений - она остается рядом, чтобы охранять и следить за гнездом хозяина после того, как он отложил яйца. Они ведут себя как гангстеры, чтобы обеспечить вылупление и выход потомства из скорлупы. Если буроголовая иволга обнаружит, что ее яйца уничтожены или пропали из гнезда хозяина, она будет мстить, выклевывая их или забирая из гнезда в клюв и разбивая об землю.
Поэтому хозяин должен инкубировать и ухаживать за яйцами буроголовой иволги как за своими собственными, иначе последствия будут тяжелыми.
С точки зрения выживания сильнейших, родители-хозяева также должны стремиться быть хорошими приемными родителями для своих малышей - буроголовых иволг.
Выживание и размножение
Существует гонка на дно. Многие животные эволюционировали до поразительной степени, чтобы передать свои гены, и буроголовая иволга - прекрасный тому пример.
Под давлением выживания сильнейших, будь то окружающая среда или угрозы со стороны других животных, бесчисленные популяции животных эволюционировали, чтобы сохранить или усилить специфические генетически обусловленные адаптации.
Если инстинкт восприятия и использования чисел способствует выживанию и размножению, то его нужно сохранять и развивать, на него нужно всегда полагаться.
Вот причина, по которой способность считать так широко распространена в животном царстве: инстинкт числа или способность к нему развивались в течение долгих лет, потому что когда-то какой-то общий предок открыл его и таким образом он передавался из поколения в поколение в процессе эволюции, при этом все последующие ветви унаследовали этот ген; или, возможно, различные ветви разных видов случайно открыли чудеса числа.
Независимо от того, к какому возрасту или виду можно отнести способность считать, она, безусловно, может быть адаптивным признаком.
