Σκεφτείτε όλα τα πράγματα που πρέπει να συμβούν για να ευδοκιμήσει μια κοινότητα ανθρώπων: εξασφάλιση τροφής, κατασκευή στέγης, ανατροφή παιδιών και πολλά ακόμη. Πρέπει με κάποιον τρόπο να μοιραστούν οι πόροι, να οργανωθούν μεγάλα εγχειρήματα και να κατανεμηθεί η εργασία αποτελεσματικά. Τώρα, φανταστείτε να πρέπει να τα κάνετε αυτά χωρίς κανέναν σχεδιασμό ή επικοινωνία ανώτερου επιπέδου. Καλώς ήρθατε στην αποικία των μυρμηγκιών. Τα μυρμήγκια έχουν μια από τις πιο σύνθετες κοινωνικές οργανώσεις στο ζωικό βασίλειο, ζώντας σε δομημένες αποικίες που περιέχουν διάφορους τύπους μελών τα οποία επιτελούν συγκεκριμένους ρόλους. Αλλά παρόλο που αυτό μπορεί να μοιάζει με κάποιες ανθρώπινες κοινωνίες, αυτή η οργάνωση δεν προκύπτει από αποφάσεις ανώτερου επιπέδου, αλλά αποτελεί μέρος ενός βιολογικά προγραμματισμένου κύκλου. Σε πολλά είδη, όλα τα φτερωτά αρσενικά και όλες οι φτερωτές παρθένες βασίλισσες από όλες τις γειτονικές αποικίες σε έναν πληθυσμό φεύγουν από τις ξεχωριστές φωλιές τους και συναντιούνται σε ένα κεντρικό μέρος για να ζευγαρώσουν, χρησιμοποιώντας φερομόνες για να φτάσουν σε μια περιοχή αναπαραγωγής. Μετά το ζευγάρωμα, τα αρσενικά πεθαίνουν, ενώ τα θηλυκά προσπαθούν να ιδρύσουν μια νέα αποικία. Τα λίγα που το καταφέρνουν εγκαθίστανται σε ένα κατάλληλο σημείο, χάνουν τα φτερά τους και αρχίζουν να γεννούν αβγά, γονιμοποιώντας επιλεκτικά κάποια με σπέρμα που είχαν αποθηκεύσει από το ζευγάρωμα. Τα γονιμοποιημένα αβγά εξελίσσονται σε εργάτριες που φροντίζουν τη βασίλισσα και τα αβγά της, χτίζουν και φυλάσσουν τη φωλιά, και αναζητούν τροφή, ενώ τα μη γονιμοποιημένα αβγά εξελίσσονται σε αρσενικά, των οποίων η μόνη δουλειά είναι να περιμένουν μέχρι να είναι έτοιμα να φύγουν και να αναπαραχθούν, ξεκινώντας εκ νέου τον κύκλο. Πώς, λοιπόν, τα μυρμήγκια εργάτριες αποφασίζουν τι να κάνουν και πότε; Η αλήθεια είναι πως δεν το κάνουν. Παρότι δεν διαθέτουν μεθόδους εκούσιας επικοινωνίας, τα μυρμήγκια, μεμονωμένα, αλληλεπιδρούν μεταξύ τους μέσω επαφής, ήχων και χημικών σινιάλων. Αυτά τα ερεθίσματα επιτυγχάνουν διάφορα πράγματα από το να λειτουργούν ως συναγερμός όταν κάποιο μυρμήγκι σκοτώνεται, μέχρι και να υποδεικνύουν το τέλος της αναπαραγωγικής ζωής μιας βασίλισσας. Αλλά μία από τις πιο εντυπωσιακές συλλογικές ικανότητες των μυρμηγκιών είναι η σχολαστική και αποτελεσματική εξερεύνηση μεγάλων εκτάσεων χωρίς κανένα προκαθορισμένο σχέδιο. Τα περισσότερα είδη μυρμηγκιών έχουν ελάχιστη ή μηδενική όραση και μπορούν μόνο να οσμιστούν αντικείμενα γύρω τους. Σε συνδυασμό με την έλλειψη συντονισμού, αυτό φαινομενικά θα τους καθιστούσε κάκιστους εξερευνητές, αλλά υπάρχει ένας απίστευτα απλός τρόπος με τον οποίο μεγιστοποιούν την ερευνητική τους απόδοση: με το να αλλάζουν τις κινήσεις τους με βάση μεμονωμένες αλληλεπιδράσεις. Όταν δύο μυρμήγκια συναντιούνται, αντιλαμβάνονται το ένα το άλλο μέσω αρθρωτών κεραιών. Αν υπάρχουν πολλά μυρμήγκια σε μικρό χώρο, αυτό θα γίνει πολλές φορές αναγκάζοντάς τα να αποκρίνονται κινούμενα σε πιο περίπλοκα, τυχαία μονοπάτια ώστε να ερευνήσουν πιο διεξοδικά. Όμως, σε μια μεγάλη περιοχή, με λίγα μυρμήγκια, όπου οι συναντήσεις είναι λιγότερο συχνές, μπορούν να περπατούν σε ευθείες γραμμές καλύπτοντας πιο πολύ έδαφος. Εξερευνώντας με αυτόν τον τρόπο το περιβάλλον, ένα μυρμήγκι μπορεί να συναντήσει διάφορα πράγματα, από απειλές ή εχθρούς, μέχρι και εναλλακτικές τοποθεσίες αποίκησης. Και κάποια είδη έχουν μια άλλη ικανότητα, γνωστή ως στρατολόγηση. Όταν ένα από αυτά τα μυρμήγκια τύχει να βρει τροφή, θα επιστρέψει με αυτή, μαρκάροντας το μονοπάτι του με χημικά ίχνη. Τα άλλα μυρμήγκια θα ακολουθήσουν αυτό το μονοπάτι φερομόνης, ανανεώνοντάς το κάθε φορά που καταφέρνουν να βρουν τροφή και επιστρέφουν. Μόλις η τροφή σε εκείνο το σημείο εξαντληθεί, τα μυρμήγκια παύουν να μαρκάρουν τη διαδρομή. Τα ίχνη εξαφανίζονται και τα μυρμήγκια δεν προσελκύονται από αυτό το μονοπάτι. Αυτές οι φαινομενικά πρόχειρες μέθοδοι έρευνας και ανάκτησης είναι, στην ουσία, τόσο χρήσιμες που εφαρμόζονται σε υπολογιστικά μοντέλα ώστε να εξαχθούν οι βέλτιστες λύσεις από αποκεντρωμένα στοιχεία, λειτουργώντας τυχαία και ανταλλάσσοντας απλές πληροφορίες. Αυτό έχει πολλές θεωρητικές και πρακτικές εφαρμογές, από την επίλυση του περιβόητου προβλήματος του περιοδεύοντος πωλητή, στον σχεδιασμό υπολογιστικών εργασιών και τη βελτιστοποίηση διαδικτυακών αναζητήσεων, στη διευκόλυνση ρομποτικών ομάδων να ψάχνουν ναρκοπέδια ή φλεγόμενα κτίρια, συλλογικά, χωρίς κανέναν κεντρικό έλεγχο. Μπορείτε να δείτε αυτές τις απίστευτα απλές, αλλά αποδοτικές, διαδικασίες άμεσα μέσω ορισμένων απλών πειραμάτων, επιτρέποντας στα μυρμήγκια να εισέλθουν σε άδειους χώρους ποικίλων μεγεθών και παρατηρώντας τη συμπεριφορά τους. Τα μυρμήγκια δεν μπορούν να ψηφίσουν, να πραγματοποιήσουν συσκέψεις ή σχέδια, αλλά εμείς οι άνθρωποι μπορούμε να μάθουμε κάτι από το πώς αυτά τα απλά πλάσματα μπορούν να λειτουργήσουν τόσο αποτελεσματικά με τόσο πολύπλοκους τρόπους.
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.