Математики пояснили, чому еволюція не дала пам’ять усім живим організмам

Математики побудували модель, яка пояснює, чому живим організмам не завжди вигідно мати пам’ять — навіть якщо минулий досвід міг би допомогти точніше оцінювати ситуацію. Виявилося, що перехід від миттєвої реакції до запам’ятовування відбувається не поступово, а стрибкоподібно: після досягнення певного рівня доступних ресурсів система різко змінює стратегію.

Дослідники вивчали, як біологічна система оцінює мінливе довкілля, поєднуючи поточні сенсорні сигнали з раніше накопиченою інформацією. У моделі організм міг або реагувати лише на актуальний сигнал, або підтримувати внутрішній стан, у якому зберігалися результати попередніх спостережень.

Зберігання та оновлення пам’яті потребує енергії та інших ресурсів, тому точніша оцінка обстановки не завжди виправдовує додаткові витрати. За умов гострого дефіциту ресурсів оптимальною виявлялася стратегія без пам’яті: система орієнтувалася виключно на свіжі дані, оскільки витрати на збереження минулого перевищували можливу користь. Однак після подолання певного порогу ситуація кардинально змінювалася — використання пам’яті ставало вигіднішим за просту реакцію на поточний сигнал.

Дослідники порівнюють таку зміну поведінки з фазовим переходом у фізиці. Подібно до того як речовина за певної температури переходить з одного стану в інший, оптимальна стратегія обробки інформації перемикається між двома режимами різко, а не плавно.

Користь від пам’яті також залежала від якості сенсорних даних. Якщо сигнали були дуже точними, минулі спостереження майже нічого не додавали. При надмірно високому рівні шуму пам’ять також втрачала цінність, оскільки зберігала переважно недостовірну інформацію. Найбільш корисною вона виявлялася за середнього рівня невизначеності.

Модель передбачає і зворотний перехід. Якщо надійність сигналів знижується або зростає вартість зберігання інформації, система може відмовитися від пам’яті й повернутися до простішої реактивної стратегії. Тобто збільшення ресурсів не обов’язково веде до постійного ускладнення обробки інформації.

Автори вважають, що отримані результати допомагають пояснити різноманіття механізмів прийняття рішень у живих організмів — від простих клітинних реакцій до складної роботи мозку. Дослідження залишається теоретичним і не описує конкретний біологічний вид чи ділянку мозку, однак задає загальні умови, за яких пам’ять стає еволюційно та енергетично виправданою для біологічної системи.