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.
Gândiți-vă la toate lucrurile care ar trebui să se întâmple pentru a aduce prosperitate unei aşezări umane: procurarea hranei, construirea unui adăpost, creșterea copiilor și multe altele. E nevoie de un mod de a împărți resursele, organizare și distribuire eficientă a forței de muncă. Acum imaginați-vă că trebuie să faceți asta fără nicio planificare sau comunicare de nivel superior. Bun venit în colonia de furnici. Furnicile au una dintre cele mai complexe structuri sociale din regnul animal. Trăiesc în colonii structurate și cuprind diferite tipuri de membri care îndeplinesc anumite roluri. Deși s-ar putea să pară obișnuit în societăţile umane, această organizare nu provine din decizii de nivel superior, dar face parte dintr-un ciclu care e programat biologic. În numeroase specii, toți masculii înaripați și reginele virgine din toate coloniile din apropiere își părăsesc cuiburile și se întâlnesc într-un loc central pentru a se împerechea, folosind feromoni pentru a se ghida unul pe celălalt către o zonă de reproducere. După împerechere, masculii mor, în timp ce femelele încearcă să stabilească o colonie nouă. Puținii care au reușit să se stabilizeze într-un loc potrivit își pierd aripile și încep să depună ouă, fertilizând selectiv unele dintre ele, folosind spermatozoizii pe care i-au păstrat în timpul împerecherii. Ouăle fertilizate devin furnici lucrătoare de sex feminin, care au grijă de regină și de ouăle ei. Apoi, ele vor apăra colonia și vor căuta hrană, în timp ce ouăle nefertilizate devin masculi, a căror singură îndeletnicire e să aştepte până sunt pregătiți să părăsească cuibul și să se reproducă, începând un ciclu nou. Cum decid furnicile lucrătoare ce să facă și când? Lucrurile nu stau chiar așa. Deși nu au metode de comunicare intenționată, furnicile individuale interacționează între ele prin atingere, sunet și semnale chimice. Acești stimuli ajută foarte mult, de la folosirea lor ca alarmă pentru alte furnici când una a fost ucisă, până la semnalizarea timpului în care regina se apropie de sfârșitul vieții sale reproductive. Dar una din cele mai deosebite abilități de colaborare ale coloniei furnicilor e de a explora profund și eficient zone mari, fără niciun plan prestabilit. Majoritatea speciilor de furnici au vedere parțială sau deloc și pot mirosi doar ce e în apropierea lor. Pe lângă incapacitatea lor de a comunica la un nivel superior, s-ar părea că sunt niște exploratori groaznici, dar există un mod incredibil de simplu prin care furnicile își maximizează eficiența de căutare: prin schimbarea modelelor de mișcare, pe baza interacțiunilor personale. Când două furnici se întâlnesc, se simt una pe alta atingându-și antenele. Dacă sunt multe furnici într-o zonă mică, acest lucru se va întâmpla mai des, iar asta le va face să reacționeze mișcându-se în moduri mai complicate, aleatoare, pentru a căuta cu mai multă atenție. Dar într-o zonă mai mare, cu mai puține furnici și întâlniri rare, ele pot merge în linie dreaptă pentru a acoperi mai mult spațiu. În timp astfel își explorează locul, o furnică poate întâlni o mulțime de lucruri, de la diferite pericole sau dușmani, până la alte zone de cuibărit. Unele specii au o altă capacitate, cunoscută sub numele de recrutare. Când una dintre ele găsește hrană, se va întoarce cu ea, marcându-și calea cu un parfum chimic. Alte furnici vor urma acest traseu de feromoni, reînnoindu-l de fiecare dată când reușesc să găsească hrană și să se întoarcă. Când hrana se epuizează în acest loc, furnicile încetează să-și marcheze întoarcerea. Mirosul se risipește și nu mai sunt atrase de acel loc. Aceste metode de căutare și întoarcere, care pot părea brute și primitive, sunt chiar foarte eficiente, fiind folosite în modele de calculatoare, pentru a obține soluții optime din elemente descentralizate, lucrând în mod arbitrar și schimbând informații simple. Acest lucru are multe aplicații teoretice și practice, de la rezolvarea celebrei probleme a „comis-voiajorului”, la sincronizarea operațiunilor legate de calculator și optimizarea investigațiilor pe Internet, și până la capacitatea roboților de a cerceta un câmp minat sau un bloc care arde, fără niciun control centralizat. Puteți observa aceste procese fascinante, simple dar eficiente, prin experimente simple, permițând furnicilor să intre în spații goale de diferite mărimi și observând cum se comportă. Furnicile probabil nu pot vota, nu pot ține întâlniri, nu fac planuri, dar noi, oamenii, s-ar putea totuși să putem învăța ceva din felul în care creaturi atât de simple sunt capabile să funcționeze atât de eficient și în moduri atât de complexe.