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El secreto de las redes de transporte de hormigas
Entre las redes de transporte más impresionantes del planeta se encuentran los complejos senderos que las hormigas crean alrededor de sus nidos. Estas redes surgen a través de la exploración de las hormigas de su entorno y terminan canalizando la distribución de alimentos para la colonia y los movimientos diarios de cientos de miles de individuos.
Es más, estas redes no son solo un entrecruzamiento aleatorio del espacio. En cambio, son una solución altamente eficiente al problema de buscar y transportar alimentos. Varios grupos han creado algoritmos de búsqueda de alimento similares a hormigas para realizar otros tipos de exploración virtual.
Una pregunta que ha fascinado a los biólogos es cómo las hormigas construyen estas redes. Ellos saben desde hace algún tiempo que las hormigas dejan pequeños depósitos de feromonas mientras viajan y que otras hormigas siguen estos senderos, dejando sus propios depósitos. Esto aumenta la concentración de la feromona, fortaleciendo la estela.
Pero el algoritmo preciso que gobierna la forma en que las hormigas responden a las feromonas ha sido más difícil de precisar. Muchos experimentos muestran que un rastro solo puede reforzarse si las hormigas tienen una probabilidad desproporcionadamente mayor de seguir un rastro con mayor concentración de feromonas.
Los biólogos siempre han asumido que esta respuesta desproporcionada significa que las hormigas deben tener una respuesta no lineal a la sustancia química. En otras palabras, la tendencia de una hormiga a volverse hacia un depósito de feromonas está relacionada de forma no lineal con la concentración.
Pero eso parece entrar en conflicto con uno de los grandes triunfos de la biología experimental: la Ley de Weber, que relaciona la intensidad percibida de un estímulo con su magnitud física. Los biólogos saben que esto es válido para la percepción humana de muchos estímulos, como la intensidad del sonido, y también lo han verificado en muchos insectos. Entonces, ¿por qué no en las hormigas?
Hoy, Andrea Perna del Instituto de Sistemas Complejos de Paris Ile de France y algunos amigos, resuelven el problema. Estos chicos han desarrollado una forma completamente nueva de visualizar los rastros de feromonas que les permite estudiar la respuesta de las hormigas a las feromonas con más detalle que nunca.
Dicen que la estructura de los rastros de las hormigas se puede explicar por completo si la respuesta de las hormigas a una concentración de gotitas de feromonas es lineal. Una hormiga girará hacia la izquierda en proporción a la diferencia entre la feromona que tiene en su lado izquierdo y la feromona en su lado derecho, dicen Perna y compañía.
También señalan que esto es exactamente lo que predice la ley de Weber.
Entonces, ¿de dónde proviene la no linealidad requerida para crear senderos? Perna y compañía dicen que el comportamiento de las hormigas es inevitablemente ruidoso. Demostramos que la no linealidad requerida no reside en la respuesta perceptiva de las hormigas, sino en el ruido asociado con su movimiento, dicen.
Ese es un resultado fascinante porque revela cómo la complejidad en la naturaleza se forma con las entradas más simples.
Y claramente tiene implicaciones para el estudio de otras estructuras complejas que crean las hormigas, como sus nidos. La forma en que las hormigas crean estas enormes estructuras vibrantes ha desconcertado a los biólogos durante mucho tiempo.
Perna y sus amigos insinúan una respuesta en su conclusión. Podemos imaginar que otros fenómenos colectivos, como la toma de decisiones en grupo, también podrían basarse en el acoplamiento entre la Ley de Weber y simples mecanismos de retroalimentación.
En el caso de los nidos, este mecanismo tendría que operar en tres dimensiones en lugar de dos. Pero eso no debería ser un gran desafío. Quizás un problema que un modelo informático relativamente simple podría ayudar a resolver.
Ref: arxiv.org/abs/1201.5827 : Reglas individuales para la formación de patrones de senderos en hormigas argentinas (Linepithema Humile)