211service.com
Il segreto delle reti di trasporto delle formiche
Tra le reti di trasporto più impressionanti del pianeta ci sono i complessi sentieri che le formiche creano attorno ai loro nidi. Queste reti nascono dall'esplorazione delle formiche del loro ambiente e finiscono per incanalare la distribuzione del cibo per la colonia e gli spostamenti quotidiani di centinaia di migliaia di individui.
Inoltre, queste reti non sono solo un incrocio casuale dello spazio. Sono invece una soluzione altamente efficiente al problema della ricerca e del trasporto del cibo. Vari gruppi hanno creato algoritmi di foraggiamento simili a formiche per fare altri tipi di esplorazione virtuale.
Una domanda che ha affascinato i biologi è come le formiche costruiscono queste reti. Da tempo sanno che le formiche lasciano piccoli depositi di feromoni mentre viaggiano e che altre formiche seguono queste tracce, lasciando i propri depositi. Questo aumenta la concentrazione del feromone, rafforzando la scia.
Ma l'algoritmo preciso che governa il modo in cui le formiche rispondono ai feromoni è stato più difficile da definire. Molti esperimenti mostrano che una scia può essere rinforzata solo se le formiche hanno una probabilità sproporzionatamente maggiore di seguire una scia con una maggiore concentrazione di feromoni.
I biologi hanno sempre pensato che questa risposta sproporzionata significhi che le formiche devono avere una risposta non lineare alla sostanza chimica. In altre parole, la tendenza di una formica a volgersi verso un deposito di feromoni è correlata in modo non lineare alla concentrazione.
Ma questo sembra essere in conflitto con uno dei grandi trionfi della biologia sperimentale: la legge di Weber, che mette in relazione l'intensità percepita di uno stimolo con la sua grandezza fisica. I biologi sanno che questo vale per la percezione umana di molti stimoli, come l'intensità del suono, e lo hanno verificato anche in molti insetti. Allora perché non nelle formiche?
Oggi, Andrea Perna del Complex Systems Institute di Parigi Ile de France e alcuni amici, risolvono il problema. Questi ragazzi hanno sviluppato un modo completamente nuovo di visualizzare le scie dei feromoni che consente loro di studiare la risposta delle formiche ai feromoni in modo più dettagliato che mai.
Dicono che la struttura delle scie delle formiche può essere interamente spiegata se la risposta delle formiche a una concentrazione di goccioline di feromoni è lineare. Una formica si girerà a sinistra in proporzione alla differenza tra il feromone che ha alla sua sinistra e il feromone alla sua destra, dicono Perna e co.
Sottolineano anche che questo è esattamente ciò che prevede la legge di Weber.
Da dove viene quindi la non linearità necessaria per creare tracce? Perna e compagni dicono che il comportamento delle formiche è inevitabilmente rumoroso. Mostriamo che la non linearità richiesta non risiede nella risposta percettiva delle formiche, ma nel rumore associato al loro movimento, dicono.
È un risultato affascinante perché rivela come la complessità in natura si formi con il più semplice degli input.
E ha chiaramente implicazioni per lo studio di altre strutture complesse create dalle formiche, come i loro nidi. Il modo in cui le formiche creano queste enormi strutture vibranti ha lasciato perplessi a lungo i biologi.
Perna e amici suggeriscono una risposta nella loro conclusione. Possiamo immaginare che altri fenomeni collettivi, come il processo decisionale di gruppo, potrebbero anche essere fondati sull'accoppiamento tra la legge di Weber e semplici meccanismi di feedback.
Nel caso dei nidi, questo meccanismo dovrebbe operare in tre dimensioni anziché in due. Ma non dovrebbe essere una grande sfida. Forse un problema che un modello di computer relativamente semplice potrebbe aiutare a risolvere.
Rif: arxiv.org/abs/1201.5827 :Regole individuali per la formazione di percorsi nelle formiche argentine (Linepithema Humile)