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.
Pensez à toutes les choses qui doivent arriver pour que des humains prospèrent : trouver à manger, se construire un foyer, élever des enfants, entre autres. Il faut un moyen de diviser les ressources, répartir les efforts majeurs, et distribuer les tâches efficacement. Imaginez devoir le faire sans aucune organisation ni aucun niveau élevé de communication. Bienvenue dans la colonie de fourmis. Les fourmis ont une des organisations les plus complexes du royaume animal, constituée de colonies structurées contenant différents types de membres qui ont des rôles spécifiques. Mais si ça peut sembler identique à certaines sociétés humaines, cette organisation ne relève pas de décisions d'ordre supérieur, mais d'un cycle biologique établi. Chez de nombreuses espèces, tous les mâles ailés et les reines vierges ailées provenant de toutes les colonies environnantes quittent chacun leurs nids respectifs et se rencontrent dans un endroit central pour s'accoupler, en se servant des phéromones pour se guider mutuellement v ers une zone de reproduction. Après l'accouplement, les mâles meurent tandis que les femelles tentent d'établir une nouvelle colonie. Les quelques-unes qui y parviennent s'installent dans un lieu adéquat, perdent alors leurs ailes, et commencent à déposer des œufs, les fécondant de manière sélective avec du sperme conservé depuis l'accouplement. Les œufs fécondés se développent pour devenir des ouvrières qui prennent soin de la reine et de ses œufs. Elles défendront ainsi la colonie et iront à la recherche de nourriture, tandis que les œufs non fécondés deviendront des mâles dont le seul but est d'attendre d'être prêts à quitter le nid et se reproduire, recommençant ainsi le cycle. Comment les ouvrières décident-elles quoi faire et quand ? Eh bien, elles ne choisissent pas, en réalité. Bien qu'elles n'aient aucune méthode de communication intentionnelle, chaque fourmi interagit avec les autres, par des signaux tactiles, sonores et chimiques. Ces stimuli permettent d'accomplir beaucoup de choses, de servir d'alertes aux autres fourmis si l'une d'elles est tuée, à signaler la fin de la vie reproductive de la reine. Mais l'une des plus impressionnantes capacités collectives d'une colonie de fourmis est d'explorer efficacement et minutieusement de larges zones, sans aucun plan prédéterminé. La plupart des espèces de fourmis sont aveugles ou presque et ne peuvent sentir que ce qui est à proximité. Ceci combiné à un manque de coordination de haut niveau, elles devraient être de piètres explorateurs, mais il y a un moyen très simple par lequel les fourmis maximisent leur efficacité de recherche : elles changent leurs modèles de mouvement en fonction des interactions individuelles. Quand deux fourmis se rencontrent, elles se détectent en touchant leurs antennes. S'il y a beaucoup de fourmis dans une petite zone ça se produira plus souvent et fera qu'elles réagissent en se déplaçant sur des chemins plus compliqués et aléatoires, pour chercher de manière plus complète. Mais dans des zones plus grandes, avec moins de fourmis, où de telles rencontres arrivent moins souvent, elles peuvent se déplacer en ligne droite pour couvrir plus d'espace. En explorant ainsi leur environnement, une fourmi peut rencontrer un grand nombre de choses, depuis des menaces ou des ennemis jusqu'à d'autres nids. Certaines espèces ont une autre capacité appelée « recrutement ». Quand l'une de ces fourmis trouve de la nourriture, elle la ramènera au nid, en marquant son chemin avec un substance chimique. Les autres fourmis suivront alors ce tracé de phéromones, le renouvelant chaque fois qu'elles trouvent de la nourriture et reviennent. Une fois la nourriture de cet endroit épuisée les fourmis arrêtent de marquer leur chemin de retour. L'odeur se dissipe et les fourmis ne sont plus attirées sur ce chemin. Ces méthodes apparemment rudimentaires de recherches et de récupération sont en réalité si utiles qu'elles sont appliquées à des modèles informatiques pour obtenir des solutions optimales à partir d'éléments décentralisés travaillant de façon aléatoire et échangeant des informations simples. Ceci a de nombreuses applications théoriques et pratiques, de la résolution du célèbre problème du représentant de commerce, à la planification des tâches informatiques et l'optimisation des recherches Internet, en passant par rendre des groupes de robots capables de fouiller ensemble un champ de mines ou un immeuble en feu sans contrôle central. Mais vous pouvez observer directement ces procédés efficaces bien qu'incroyablement simples dans des expériences simples en laissant entrer des fourmis dans des espaces vides de tailles diverses et en observant leur comportement. Les fourmis ne sont peut être pas capables de voter, de faire des réunions ou des projets, mais nous, humains, devrions apprendre quelque chose de la manière dont des créatures si primitives