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.
Pense em todas as coisas que precisam acontecer para que uma comunidade humana prospere: obtenção de comida, construção de abrigo, criação de filhos, entre outras coisas. É necessário haver uma forma de dividir os recursos, organizar grandes tarefas e distribuir o trabalho de forma eficiente. Imagine fazer isso sem qualquer planejamento ou qualquer comunicação de alto nível. Bem-vindo à colônia das formigas. As formigas possuem uma das mais complexas organizações sociais do reino animal, vivendo em colônias estruturadas que abrigam diferentes tipos de membros, os quais desempenham funções específicas. Embora se pareça com algumas comunidades humanas, essa organização não vem de qualquer decisão de alta hierarquia, mas é parte de um ciclo programado biologicamente. Em muitas espécies, todos os machos e rainhas virgens alados de todas as colônias vizinhas dentro de uma população saem, cada um de seus diferentes ninhos, e se encontram em um local central para o acasalamento, usando feromônios para se guiarem até um local de procriação. Após acasalarem, os machos morrem, enquanto as fêmeas tentam estabelecer uma nova colônia. As poucas bem-sucedidas se estabelecem em um local apropriado, perdem suas asas e começam a pôr ovos, fertilizando alguns seletivamente, utilizando o esperma que guardaram do acasalamento. Os ovos fertilizados geram fêmeas operárias, que cuidam da rainha e de seus ovos. Elas defenderão a colônia e sairão em busca de alimento. Os ovos não fertilizados geram machos, cuja única função é esperar até que estejam prontos para deixar o ninho e reproduzir, dando início ao ciclo novamente. Então, como as operárias decidem o que e quando fazer? Bem, na verdade elas não decidem. Embora elas não possuam métodos de comunicação intencional, as formigas interagem umas com as outras através do toque, do som e de sinais químicos. Esses estímulos realizam muitas coisas, desde servir de alerta para outras formigas se uma delas morrer, a sinalizar quando uma rainha estiver perto do fim de sua vida reprodutiva. Mas uma das mais impressionantes habilidades coletivas de uma colônia é explorar grandes áreas de forma eficiente e minuciosa, sem um planejamento predeterminado. A maioria das espécies de formiga tem pouca ou nenhuma visão, e só são capazes de sentir cheiros em suas proximidades. Combinado com sua falta de coordenação hierárquica, isso poderia fazer delas péssimas exploradoras, mas há uma forma incrivelmente simples pela qual as formigas maximizam a eficiência de suas buscas: modificando seus padrões de movimento com base em interações individuais. Quando duas formigas se encontram, elas sentem uma à outra através de suas antenas. Se houver muitas formigas em uma área pequena, isso ocorrerá com mais frequência, fazendo com que reajam se movendo por trajetos mais complicados e aleatórios, para procurar mais minuciosamente. Mas em uma área maior, com menos formigas e com encontros menos frequentes, elas podem andar em linha reta para cobrir uma área maior. Ao explorar um ambiente dessa maneira, uma formiga pode encontrar várias coisas, desde ameaças ou inimigos a locais alternativos para ninhos. Algumas espécies possuem outra habilidade, conhecida como recrutamento. Quando uma dessas formigas encontra alimento, ela vai retornar com ele, deixando um rastro de aroma químico. Outras formigas, então, seguirão esse rastro de feromônio, renovando-o a cada vez que conseguirem encontrar alimento e retornar. Quando o alimento no local se esgota, as formigas param de deixar rastro ao retornar. O aroma se dissipa e as formigas não são mais atraídas àquele trajeto. Esses métodos de busca e recuperação aparentemente rústicos são, na verdade, tão úteis que são aplicados em modelos de computador para se obter soluções ideais a partir de elementos descentralizados, trabalhando aleatoriamente e trocando informações simples. Isso tem muitas aplicações teóricas e práticas, desde resolver o famoso problema do caixeiro-viajante, a programar tarefas de computação e otimizar buscas de internet, ou capacitar grupos de robôs a vasculhar um campo minado ou um prédio em chamas coletivamente, sem qualquer controle central. Mas é possível observar diretamente esses processos fascinantemente simples e eficazes, através de experimentos simples, permitindo que formigas entrem em espaços vazios de diversos tamanhos e prestando atenção ao comportamento delas. As formigas podem não votar, realizar reuniões ou fazer planos, mas os seres humanos podem, ainda assim, aprender algo com a forma pela qual essas criaturas simples conseguem viver de maneira tão eficaz, e de formas tão complexas.