Zamyslete se nad vším, co se musí dít, aby lidské osídlení mohlo fungovat: získávání potravy, budování přístřeší, vychovávání dětí a tak dále. Musí existovat způsob rozdělování surovin, organizování činností dle zaměření a efektivní dělba práce. Představte si, že by to všechno mělo fungovat, aniž bychom měli rozvinuté schopnosti plánování nebo komunikace. Vítejte v mraveništi. Mravenci jsou jedním z nejkomplexnějších sociálních uspořádání v říši zvířat, žijí ve strukturovaných koloniích obývaných příslušníky různého postavení, kde každý z nich má svou specifickou roli. Ačkoliv se to může zdát podobné některým lidským společnostem, tyto organizace nevznikly na základě rozhodnutí nějaké vyšší moci, ale jsou součástí biologicky naprogramovaného cyklu. U mnohých druhů, všichni okřídlení samci a okřídlené královny ze všech blízkých kolonií populace, opouští svá hnízda a setkávají se na místě určeném k páření. K tomu, aby jeden druhého dovedli k trdlišti, používají feromony. Po páření, samci umírají, zatímco samičky se snaží založit novou kolonii. Ty, kterým se podaří usadit na vhodném místě, ztratí svá křídla, a začnou klást vajíčka, z nichž některá oplodňují spermatem, které získaly během páření. Z oplodněných vajíček se narodí samičky dělnice, které se starají o královnu a její vajíčka. Později budou bránit kolonii a obstarávat potravu, zatímco z neoplodněných vajíček se narodí samci, jejichž jediná práce je čekat, dokud nebudou připraveni opustit hnízdo a pářit se, a začít tedy nový cyklus. Jak ale mravenčí dělnice vědí, co a kdy přesně mají dělat? No, vlastně to nevědí. Přestože spolu záměrně nekomunikují, jednotliví mravenci se mezi sebou dorozumívají pomocí hmatu, zvuků a chemických signálů. Tyto podněty uskutečňují řadu úkolů, jako je upozorňování ostatních mravenců o tom, že jeden z nich byl zabit, nebo signalizují, že je královna na konci svého pohlavního života. Jednou z nejpůsobivějších schopností mravenčích kolonií je, že dokáží velmi důkladně a efektivně prozkoumat rozsáhlé prostory bez jakéhokoliv předurčeného plánu. Většina druhů mravenců má velmi omezený nebo žádný zrak a může rozpoznat překážky v jejich okolí pouze pomocí čichu. Přičtěme k tomu nepříliš rozvinuté schopnosti koordinace a vypadá to, že mravenci jsou ti nejhorší průzkumníci. Existuje však úžasně jednoduchý způsob, jak maximalizovat jejich vyhledávací schopnosti. A to změnou pohybových vzorců, které jsou založeny na jednotlivých interakcích. Když se potkají dva mravenci, vycítí jeden druhého dotyky tykadel. Častěji se ale stává, že se setká více mravenců na malém prostoru, kde na sebe reagují tak, že se pohybují ve spletitých náhodných cestách, což umožňuje důkladnější průzkum. Někdy se také stává, že se nachází několik mravenců ve větším prostoru, tehdy se pohybují v liniích, aby pokryli více terénu. Když tímto způsobem mravenec zkoumá své okolí, může se setkat s mnoha problémy, od různých překážek, přes nepřátele až po náhradní hnízdiště. Některé druhy mají schopnost známou jako nábor. Když jeden z mravenců najde potravu, vrátí se s ní a označí cestu k ní pomocí pachové stopy. Ostatní mravenci pak následují tuto feromonovou stopu a cestou ji obnovují. Když je potrava vyčerpána, mravenci přestanou stopu obnovovat. Pachová stopa se rozptýlí a přestane mravence lákat. Tyhle zjevně surové metody hledání a získávání jsou ve skutečnosti tak užitečné, že se aplikují i na počítačové modely, aby bylo dosaženo optimálních řešení decentralizovaných prvků, které pracují náhodně a vyměňují si jednoduché informace. To má spoustu teoretického a praktického využití, od řešení slavného problému cestujícího prodejce, přes rozvržení výpočetních úkolů a optimalizování internetového vyhledávání, až po umožnění skupině robotů vyhledávat minová pole nebo kolektivně spálit budovu, bez jakékoliv centrální kontroly. Můžete pozorovat tyto fascinující a efektivní pochody také přímo, díky jednoduchým pokusům, když necháte mravence vejít do prázdných prostorů různých velikostí a budete pozorovat jejich chování. Mravenci možná nemohou volit, pořádat meetingy nebo plánovat, ale my lidé se i přesto můžeme naučit něco nového od těchto jednoduchých stvoření, která jsou schopna fungovat efektivně a tak komplexním způsobem.
Think about all the things that need to happen for a human settlement to thrive: obtaining food, building shelter, raising children and more. There needs to be a way to divide resources, organize major efforts and distribute labor efficiently. Now imagine having to do this without any sort of planning or higher level communication. Welcome to the ant colony. Ants have some of the most complex social organization in the animal kingdom, living in structured colonies containing different types of members who perform specific roles. But although this may sound similar to some human societies, this organization doesn't arise from any higher level decisions, but is part of a biologically programmed cycle. In many species, all the winged males and winged virgin queens from all the nearby colonies in the population each leave from their different nests and meet at a central place to mate, using pheromones to guide each other to a breeding ground. After mating, the males die off, while females try to establish a new colony. The few that are successful settle down in a suitable spot, lose their wings, and begin laying eggs, selectively fertilizing some using stored sperm they've saved up from mating. Fertilized eggs grow into female workers who care for the queen and her eggs. They will then defend the colony and forage for food, while unfertilized eggs grow into males whose only job is to wait until they are ready to leave the nest and reproduce, beginning the cycle again. So how do worker ants decide what to do and when? Well, they don't really. Although they have no methods of intentional communication, individual ants do interact with one another through touch, sound and chemical signals. These stimuli accomplish many things from serving as an alarm to other ants if one is killed, to signaling when a queen is nearing the end of her reproductive life. But one of the most impressive collective capabilities of an ant colony is to thoroughly and efficiently explore large areas without any predetermined plan. Most species of ants have little or no sense of sight and can only smell things in their vicinity. Combined with their lack of high level coordination, this would seem to make them terrible explorers, but there is an amazingly simple way that ants maximize their searching efficiency; by changing their movement patterns based on individual interactions. When two ants meet, they sense each other by touching antennae. If there are many ants in a small area this will happen more often causing them to respond by moving in more convoluted, random paths in order to search more thoroughly. But in a larger area, with less ants, where such meetings happen less often, they can walk in straight lines to cover more ground. While exploring their environment in this way, an ant may come across any number of things, from threats or enemies, to alternate nesting sites. And some species have another capability known as recruitment. When one of these ants happens to find food, it will return with it, marking its path with a chemical scent. Other ants will then follow this pheromone trail, renewing it each time they manage to find food and return. Once the food in that spot is depleted, the ants stop marking their return. The scent dissipates and ants are no longer attracted to that path. These seemingly crude methods of search and retrieval are, in fact, so useful that they are applied in computer models to obtain optimal solutions from decentralized elements, working randomly and exchanging simple information. This has many theoretical and practical applications, from solving the famous traveling salesman problem, to scheduling computing tasks and optimizing Internet searches, to enabling groups of robots to search a minefield or a burning building collectively, without any central control. But you can observe these fascinatingly simple, yet effective, processes directly through some simple experiments, by allowing ants to enter empty spaces of various sizes and paying attention to their behavior. Ants may not be able to vote, hold meetings or even make any plans, but we humans may still be able to learn something from the way that such simple creatures are able to function so effectively in such complex ways.