Mokslo ir technologijų pasaulis

Maži gyvūnai savo smegenis optimizavo taip, kad jos veikia geriau, nei didelės. Tai padės kurti ateities kompiuterius

Gamta neįtikėtinai įvairi, Žemės gyvūnų dydžio spektras platus – nuo 0,1 mm (Trombidiformes būrio erkės) iki 33 metrų (mėlynasis banginis) – tai vien jau ilgio skirtumas 33 tūkstančių kartų, o lyginant absoliučiais matmenimis – visas milijardas. Netgi to paties būrio gyvūnų matmenų skirtumas gali būti didžiulis: pavyzdžiui, paties mažiausio voro ilgis vos trečdalis milimetro, o pats didžiausias netilptų į pietų lėkštę ir gali medžioti varles bei smulkius žinduolius. Ir visgi, šio didžiulio tarantulo baziniai įgūdžiai ir gebėjimai nepranoksta mažojo giminaičio. Negana to, nors vorų ir kitų vabzdžių smegenys, lyginant su viso kūno mase – itin mažos, šių sutvėrimų elgesys gali būti toks pat sudėtingas, kaip ir „protingesnių“, didesnes smegenis turinčių gyvūnų. Kaip taip gali būti ir kaip voro smegenys gali mums padėti sukurti šiuolaikinius kompiuterius, aiškina 𝑺𝒄𝒊𝒆𝒏𝒕𝒊𝒇𝒊𝒄 𝑨𝒎𝒆𝒓𝒊𝒄𝒂𝒏.

Įsivaizdavimas, kad smegenų dydis tiesiogiai nurodo jų šeimininko protą, jau gerokai pasenęs, tačiau niekas nesiginčys, kad didelės žmonių smegenys – neblogas mums kylančių užduočių sprendimo instrumentas. Tačiau daug mokslininkų kelia klausimą ar smegenų dydis – būtina sąlyga? Ar maisto gavimui, medžiojimui, ko nors konstravimui ar sudėtingos visuomeninės nuomonės išreiškimui reikia didesnių smegenų?

Tyrėjai nemažai laiko skyrė tyrimams, kaip gyvūnai kasdienių užduočių sprendimui užsiaugina didesnes smegenis. Bet ne menkiau įdomus ir atvirkščias reiškinys: kaip kai kurių gyvūnų rūšių smegenys susitraukė ir vis vien atlieka tas pačias funkcijas ne prasčiau, o kartais netgi geriau už gentainius. Atsakymas į šį klausimą gali suteikti galimybę sumažinti tranzistorius, išlaikant jų efektyvumą?

XX amžiuje vokietis biologas evoliucionistas Bernhardas Renschas smegenų miniatiūrizacijos (organo sumažinimo be žalos funkcionalumui) aprašymui suformulavo vadinamąją Hallerio taisyklę, pavadintą XVIII amžiuje gyvenusio šveicaro anatomo Albrechto von Hallerio, „šiuolaikinės fiziologijos tėvo“ garbei. Taisyklė skelbia, kad mažų gyvūnų smegenys absoliučiais matmenimis mažesnės, bet įvertinant santykį su kūno dydžiu, jos didėja. Remiantis dabartinėmis žiniomis, šis dėsnis veikia didžiosios dalies Žemės gyvūnų ir visų stuburinių atžvilgiu. Bet kadangi maži gyvūnai yra labai įvairūs, daugelio jų sandara nėra nuodugniai ištirta, todėl pasitaiko retų išimčių.

Įdomiausia, kad, pasak Williamo G. Eberhardo, Smithsonian tropinių tyrimų instituto Panamos tyrimų arachnologo (užsiima biologinės įvairovės tyrimais), mokslininkai iki šiol neturi įtikimo šio reiškinio paaiškinimo.

Kartais Hallerio taisyklė veikia itin keistai. Pavyzdžiui, miniatiūrinių vorų smegenys, netilpdamos įprastoje savo saugykloje – galvoje, – išplinta už jos ribų į kojas. Taip jos užima ~80% kūno tūrio.

Nors ir turėdami daug kartų mažesnes smegenis, nei stambesni vorai, mažieji vorai nėra kvailesni. Tokias išvadas galima daryti, stebint, kaip gyvūnai kasdien sprendžia sudėtingas problemas. Megzdamas tinklą, voras turi priimti daugybę sprendimų, kur geriausia sujungti gijas. Voratinklis gal ir atrodo kaip tobulas meno kūrinys, tačiau iš tiesų vorai gan reguliariai klysta, pažymi Scientific American. Eberhardas skaičiuoja klaidas, kad galėtų sulyginti vorų intelektą. Kaip žinia, smegenų išlaikymas kūnui atsieina itin nepigiai. Žmonių smegenų masė sudaro vos 2% kūno masės, tačiau sunaudoja 20% viso kūno deguonies ir kraujotakos. Teoriškai, mažutėlaičiai vorai, kuriuose smegenys užima daug vietos, turėtų klysti dažniau, nei stambūs jų gentainiai.

Bet paaiškėjo, kad taip nėra. Privertęs gyvūnus megzti voratinklius ribotoje erdvėje, arachnologas išvydo, kad daromų klaidų skaičius nei nuo kūno ir smegenų dydžio, nei nuo rūšies ir netgi amžiaus ar patirties nepriklauso. Pasak mokslininkų, tas pats pasakytina ir apie vyčius – vabzdžių būrį, kuris irgi labai įvairus, tačiau kad ir koks smegenų dydis, vabzdžiai vienodai sėkmingai randa grobį ir medžioja. „Neaptikome, kad mažos smegenys darytų kokią nors neigiamą įtaką elgesiui“, – tvirtina Williamas Wcislo, dirbantis Tropinių tyrimų institute. Kaip miniatiūrinėms smegenims pavyksta funkcionalumu prilygti didžiulėms smegenims? Dėl evoliucinės optimizacijos. Kaip aiškina Scientific American, miniatiūriniai sutvėrimai sugebėjo smarkiai sutrumpinti savo aksonus (nervinių ląstelių ataugas, kuriomis perduodami nerviniai impulsai) ir pačias smegenų ląsteles sumažinti iki minimumo (o minimumas – ląstelės branduolys). Taip jų smegenys tapo maksimaliai efektyvios.

Tyrinėjant paukščius, aptiktas neįprastas Hallerio taisyklės veikimo atvejis: kolibrio smegenys, kaip ir turėtų būti, mažėjant kūno matmenims, užima vis daugiau vietos, tačiau palyginus su kitais tokio dydžio paukščiais, jos itin mažos. O tuo tarpu kolibrių elgsena gali būti netgi sudėtingesnė. Mokslininkai spėja, kad paukščiai „išrado“ dar efektyvesnes smegenis, nei kiti stuburiniai. Tokių atvejų pasitaiko ne tik tarp paukščių: pavyzdžiui, aštuonkojis, kurio smegenys gan primityvios, kai kurias užduotis geba spręsti maždaug taip pat sėkmingai, kaip ir šunys.

Gal padarų gebėjimų klausimą reikėtų kelti ne taip kaip esame pratę, rašo Scientific American. Gal sudėtingam elgesiui ir kompleksinių užduočių sprendimui reikia ne didelių smegenų, o tiesiog tokiam elgesiui ir užduotims reikia mažesnio „galingumo“, nei manome. „Problema, kurioms reikėtų didelių smegenų, dar neiškilo, – spėja Larsas Chittka, bičių elgesio specialistas iš Karalienės Marijos Londono universiteto. – Galime daug ką atlikti ir mažomis smegenimis“.

Kai kurios bitės geba atpažinti visų savo bendruomenės narių „veidus“, tačiau jeigu ieškosime jų galvose sudėtingų instrumentų, kuriais tai būtų įmanoma atlikti, nieko nerasime, sako tyrėjas. –tikėtina, veidų atpažinimo funkcija išsivystė iš paprastesnių įgūdžių – pavyzdžiui, gebėjimo aptikti maisto šaltinį. O turint omenyje sudėtingą bičių socialinį gyvenimą, bendravimą simboline kalba ir puikią erdvinę atmintį, jų intelektą galima sulyginti, tarkime, su graužikų.

Klauskite ne ką mažos smegenys gali atlikti, o ko negali

Lygiai taip pat Wcislo lygina stambius gyvūnus – banginius ir, galbūt, žmones, – su pirmaisiais personaliniais kompiuteriais. Jie atliko perversmą, jais buvo galima atlikti sudėtingus skaičiavimus, tačiau jie užėmė pusę stalo ir stipriai kaito. Dabar palyginkite juos su kišenėje telpančiais daug spartesniais ir galingesniais išmaniaisiais telefonais ir suprasite miniatiūrizacijos galią.

Taigi, nieko keisto, kad Wcislo darbai sudomino ne tik būrelį biologų, tačiau ir Silicio slėnį. Vienas iš nuolatinių Wcislo rėmėjų – Frankas Levinsonas, rizikos kapitalo investuotojas ir pluoštinės optikos milžino Finisar įkūrėjas. Mat dabar kompiuterių skaičiavimo galios augimo tempai pirmą kartą nuo aštuntojo dešimtmečio, lėtėja. Levinsono nuomone, norint gamint dar kompaktiškesnes ir našesnes mikroschemas, reikia jas „vabzdinti“.

Niekas nepasakytų, kad vabzdys ar aštuonokojis protingesnis už šunį ar beždžionę. Tačiau jų smegenys pasižymi dviem savybėmis, kurios dabar kaip niekada svarbios technologijoms: efektyvumu ir tuo pat metu paprastumu. Dirbtinio intelekto, be kurio sunku įsivaizduoti ateitį, kūrimas iš dalies vysta taip lėtai dėl to, kad pavyzdžiu imamas neįtikėtinai sudėtingas žmogaus protas. Mokslininkai jau pademonstravo, kad iš pirmo žvilgsnio mažos daug paprastesnių padarų smegenys gali spręsti sudėtingas užduotis; galbūt jų veikimo principų supratimas įkvėps ir paskatins dirbtinio intelekto sferą.

I. Solomonova
World Press skyriaus redaktorė
republic.ru