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.
Piensa en todas las cosas que deben pasar para que prospere un asentamiento humano: la obtención de alimentos, la construcción de vivienda, la crianza de los hijos y más. Debe existir una manera de dividir los recursos, de organizar grandes esfuerzos y de distribuir el trabajo de manera eficiente. Ahora imagínese tener que hacer esto sin ningún tipo de planificación o sin un alto nivel de comunicación. Bienvenido a la colonia de hormigas. Las hormigas tienen una de las organizaciones sociales más complejas del reino animal, viven en colonias estructuradas con diferentes miembros que realizan funciones específicas. Pero aunque esto pueda parecerse a algunas sociedades humanas, esta organización no surge de decisiones de un nivel superior, sino que es parte de un ciclo programado biológicamente. En muchas especies, todos los machos alados y reinas vírgenes aladas de todas esas colonias cada uno salen de sus nidos diferentes y se encuentran en un lugar central para aparearse, usando feromonas para guiarse hacía el apareamiento. Después del apareamiento, los machos mueren, mientras que las hembras tratan de establecer una nueva colonia. Las pocas que tienen éxito se establecen en un lugar adecuado, pierden sus alas, y comienzan a poner huevos, fertilizándolos de forma selectiva usando el esperma almacenado tras el apareamiento. Los huevos fertilizados se convierten en obreras que cuidan a la reina y sus huevos. Ellas defenderán la colonia y buscarán alimento, mientras que los huevos no fertilizados se convierten en machos cuyo único trabajo es esperar hasta que estén listos para dejar el nido y reproducirse, comenzando de nuevo el ciclo. Entonces, ¿cómo las hormigas obreras deciden qué hacer y cuándo? Bueno, en realidad, no lo deciden. A pesar de que no tienen métodos de comunicación intencional, las hormigas individuales interactúan entre sí a través de señales táctiles, sonoras y químicas. Estos estímulos logran muchas cosas, desde servir de alarma para otras hormigas si matan a una, hasta señalizar cuando una reina se acerca al final de su vida reproductiva. Pero una de las capacidades colectivas más impresionantes de una colonia de hormigas es la exploración eficiente y detallada de extensas áreas sin ningún plan predeterminado. La mayoría de las especies de hormigas tienen poco o ningún sentido visual solo pueden oler las cosas en su vecindad. En combinación con la falta de coordinación de alto nivel, esto parecería hacer de ellas exploradores fatales, pero hay una manera increíblemente sencilla en las que las hormigas maximizan su eficiencia de búsqueda; cambiando sus patrones de movimiento basado en las interacciones individuales. Cuando dos hormigas se encuentran, se perciben recíprocamente tocándose las antenas. Si hay muchas hormigas en un área pequeña esto ocurre con más frecuencia haciendo que respondan moviéndose en caminos aleatorios más complicadas con el fin de buscar más a fondo. Pero en un área más grande, con menos hormigas, cuando estos encuentros son más escasos, pueden caminar en línea recta, para cubrir más terreno. Al explorar su entorno de esta manera, una hormiga se cruza con un gran número de cosas, desde amenazas o enemigos, hasta lugares alternativos de anidación. Y algunas especies tienen otra capacidad conocida como reclutamiento. Cuando una de estas hormigas encuentra comida, volverá con ella, marcando su camino con un olor químico. Otras hormigas luego seguirán este rastro de feromonas, renovándolo cada vez que encuentren comida cuando regresan. Una vez que la comida en ese lugar se agota, las hormigas dejan de marcar el camino de regreso. El olor se disipa y las hormigas ya no se sienten atraídas por ese camino. Estos métodos aparentemente rudimentarios de búsqueda y captura son, de hecho, tan útiles que se aplican en modelos computacionales para obtener soluciones óptimas a partir de elementos descentralizados, de trabajo al azar y de intercambio de información simple. Esto tiene muchas aplicaciones teóricas y prácticas, desde resolver el famoso problema del viajante de comercio, a la programación de tareas de computación y la optimización de búsquedas en Internet, que permitien que grupos de robots busquen en un campo de minas o en un incendio de edificio en conjunto, sin ningún tipo de control central. Pero se puede observar directamente estos procesos fascinantemente simples, pero eficaces, a partir de algunos experimentos sencillos, permitiendo que las hormigas entren en espacios vacíos de diferentes tamaños y prestando atención a su comportamiento. Las hormigas pueden no ser capaces de votar, celebrar reuniones o incluso hacer planes, pero nosotros, los seres humanos, todavía podemos aprender algo de la forma en que estas simples criaturas son capaces de funcionar tan efectivamente en formas tan complejas.