Скрытый код поведения: у разных животных нашли общие закономерности

Поведение животных в естественной среде обитания, где хищники выслеживают добычу, жертвы спасаются бегством, а члены группы совместно питаются и отдыхают, поражает своим многообразием. Однако недавнее исследование открывает возможность существования фундаментальной структуры, упорядочивающей движения животных в их столь различных проявлениях жизнедеятельности. Эта структура, как выясняется, распространена гораздо шире, чем предполагалось ранее.

Международная группа из четырнадцати ученых под руководством специалистов из Института поведения животных Макса Планка провела исследование, охватившее сурикатов в пустыне Калахари, носух в тропических лесах Панамы и пятнистых гиен в саваннах Кении. Результаты показали, что повседневные действия этих столь разных животных демонстрируют удивительно схожие закономерности. Независимо от того, роет ли сурикат песок в поисках скорпионов или носуха отдыхает в кроне деревьев, общая упорядоченность поведенческих актов сохраняется, невзирая на различия в ландшафтах, видах, отдельных особях и типах поведения. Для исследователей эти выводы стали неожиданными и, возможно, имеющими глубокое значение.

Пранав Минасандра, постдокторант Института поведения животных Макса Планка и ведущий автор исследования, опубликованного в журнале PNAS, сообщает, что ученые изначально предполагали наличие различий. Ведь эти различия очевидны при сравнении сурикатов, носух и гиен, занимающих несходные среды обитания и экологические ниши. Однако, по его словам, они обнаружили общие закономерности в том, как животные переключаются между различными видами деятельности, независимо от вида и конкретной особи. Создается впечатление, говорит он, что их поведение построено на основе некоего единого скрытого алгоритма.

Этот «скрытый алгоритм» был выявлен благодаря данным, собранным с диких животных, оснащенных акселерометрами – такими же миниатюрными датчиками, которые используются в смартфонах и фитнес-трекерах для отслеживания нашей активности. Изученные виды, хоть и являются социальными млекопитающими, существенно различаются по своей экологии и поведению: пятнистые гиены – крупные хищники, сурикаты – мелкие роющие животные, а носухи – древесные обитатели размером с енота. Акселерометры многократно в секунду регистрируют изменения положения тела, и запись может продолжаться несколько дней. Полученные высокоточные траектории движений животных затем классифицировались с помощью методов машинного обучения на поведенческие состояния, такие как лежание, поиск пищи или ходьба. Например, сурикат мог лежать 10 минут, затем ненадолго встать, чтобы осмотреться в течение 20 секунд, а после этого несколько минут передвигаться в поисках корма.

Ариана Штрандбург-Пешкин, руководитель группы в Институте поведения животных Макса Планка и старший автор исследования, отмечает, что такой подход позволил зафиксировать подробные поведенческие последовательности на протяжении дней и даже недель у множества особей трех различных видов.

Вне зависимости от типа поведения, конкретной особи или вида, выявился один общий принцип: чем дольше животное находится в одном поведенческом состоянии, тем меньше вероятность, что оно изменит его в следующий момент. Минасандра добавляет, что это стало полной неожиданностью. Если представить гиену, которая непрерывно идет в течение 10 минут, большинство людей, вероятно, предположили бы, что со временем гиена с большей вероятностью остановится. Ученые также изначально думали, что вероятность смены вида деятельности будет со временем возрастать, поскольку предполагали, что «застревание» на каком-либо одном поведении не является оптимальной стратегией. Удивительно, но такой эффект «застревания», также называемый функцией убывающей интенсивности (decreasing hazard function), последовательно наблюдался у всех изученных животных и видов.

Исследователи также изучили, как текущее поведение предсказывает будущие действия – концепцию, которую они назвали «спадом предсказуемости». Этот спад отражает возрастающую сложность прогнозирования поведения по мере увеличения временного горизонта, в основном из-за случайных, непредсказуемых вариаций. Форма графика спада предсказуемости показывает, как системы принятия решений на разных временных масштабах взаимодействуют, генерируя поведенческие последовательности животных. Ученые обнаружили, что характер спада предсказуемости был удивительно схожим у всех изученных животных, что, по их мнению, подразумевает наличие общей, скрытой от поверхностного взгляда архитектуры поведения.

Возникает закономерный вопрос: почему наблюдаются такие закономерности? Авторы исследования предлагают два широких объяснения.

Во-первых, это может быть связано с положительной обратной связью: чем дольше животное остается в определенном состоянии – например, лежит – тем выше вероятность того, что пребывание в этом состоянии вознаграждается, будь то теплом, безопасностью или социальным подкреплением. Таким образом, поведение становится самоподкрепляющимся.

Вторая возможность заключается в многомасштабном принятии решений. Вместо единых «внутренних часов», управляющих моментом смены поведения, животные могут интегрировать сигналы от множества процессов – внутреннего чувства голода, внешних угроз, социального контекста – каждый из которых имеет свой собственный темп. Взаимодействие этих пересекающихся сигналов и могло бы генерировать наблюдаемые закономерности.

Будущие исследования могут быть направлены на изучение того, сохраняются ли эти закономерности у других животных, помимо трех изученных видов млекопитающих: у несоциальных видов, на разных стадиях развития или в условиях различных экологических факторов. Также остается открытым вопрос, дают ли такие длительные поведенческие состояния какие-либо преимущества – возможно, за счет оптимизации внимания, сохранения энергии или улучшения координации в группе.

Соавтор исследования Мэг Крофут, директор Отдела экологии сообществ животных, говорит, что данное исследование предполагает, что настоящие животные, будь то во время охоты, укрытия от опасности или отдыха, руководствуются скрытыми структурами, которые, по-видимому, находят отклик у самых разных представителей животного мира, прослеживаясь через различные ветви эволюционного древа жизни.