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.
İnsanların yaşam alanlarının gelişmesi için gerekenleri bir düşünün: yiyecek temin etmek, barınaklar inşa etmek, çocuklar yetiştirmek ve daha fazlası. Kaynakları bölmenin büyük çabaları organize etmenin ve iş gücünü verimli şekilde dağıtmanın bir yolu olmalı. Şimdi, tüm bunları herhangi bir plan veya etkin bir iletişim olmadan yaptığımızı düşünün. Karınca kolonisine hoş geldiniz. Karıncalar, hayvanlar aleminin en karmaşık sosyal örgütlenmelerinden birine sahiptir. Belirli görevleri olan farklı tiplerde bireylere ev sahipliği yapan yapılandırılmış kolonilerde yaşarlar. Bu, bazı insan topluluklarına tanıdık gelse de bu organizasyon, alınan kararlarla oluşmaz biyolojik döngünün bir parçasıdır. Çoğu türde çevre kolonilerden kanatlı erkekler ve bakire kraliçeler çiftleşmek üzere yuvalarından ayrılır salgıladıkları feromonlarla birbirlerine bildirdikleri bir alanda toplanırlar. Çiftleşmeden sonra, erkekler ölürken dişiler yeni bir koloni kurma uğraşını verirler. Uygun bir yere yerleşmeyi başaran az sayıdaki dişi, kanatlarını kaybedip çiftleşmede depoladıkları spermleri seçerek yumurtlamaya başlarlar. Döllenmiş yumurtalar, kraliçe ve yumurtalarıyla ilgilenen dişi işçi karıncalar olurlar. Bu dişiler kovanı koruyup yiyecek ararken döllenmemiş yumurtalar, tek görevi yuvadan ayrılıp döngüyü yeniden başlatacakları günü beklemek olan erkekleri oluşturur. Peki işçi arılar neyi ne zaman yapacaklarına nasıl karar verirler? Aslında, vermezler. Bilinçli bir iletişim sistemleri olmasa da karıncalar birbirleriyle dokunsal, işitsel ve kimyasal olarak iletişim kurarlar. Bu uyaranlar çoğu şeyi iletir: bir karınca öldüğünde alarm vermekten kraliçenin doğurganlığının sonuna yaklaştığını bildirmeye kadar. Bir karınca kolonisinin en etkileyici yeteneklerinden biri, önceden kararlaştırılmış bir plan olmadan geniş alanları keşfedebilmeleridir. Çoğu karınca türü görme yeteneğinden yoksundur va etrafındakileri sadece koklayabilirler. Yüksek iletişim eksikliğiyle birlikte bu, karıncaların berbat kaşifler olduğunu düşündürebilir, ancak karıncaların keşifleri daha etkin hale getirmek için kullandıkları çok basit bir yöntem var: istikametlerini kişisel etkileşimlere göre değiştirmek. İki karınca karşılaştığında antenlerini dokundurarak iletişim kurarlar. Eğer küçük bir alanda fazla sayıda karınca varsa bu durum karmaşık ve rastgele yollar seçip daha düzgün bir keşif yapılmasını sağlar. Ama eğer geniş bir alanda az karınca varsa buluşmalar daha az gerçekleşir. Daha fazla alana ulaşmak için düz bir çizgi üzerinde yürürler. Bir karınca, çevreyi bu yolla keşfederken tehditler veya düşmanlardan yeni yuva alanlarına kadar birçok şeyle karşılaşabilir. Bazı türler "iz bırakma" olarak bilinen bir yeteneğe sahiptir. Bu türlerden biri yemek bulduğunda geri dönüş yolunda kimyasal bir iz bırakır böylece diğer karıncalar izi takip ederek yemeklerini alır, hala alınacak bir şey varsa izi yenilerler. Bölgedeki yiyecek tükendiğinde karıncalar daha fazla iz bırakmazlar. İzler kaybolur ve diğer karıncalar o yöne gitmezler. Bu basit ve tekrarlanabilen keşif yöntemi bilgisayarlara uygulandığında, merkezden gidilecek en iyi yolu bulmak, rastgele çalışmak ve basit bilgi iletmek konusunda oldukça etkilidir. Bu yöntemin teorik ve pratik birçok uygulaması var. "Gezgin satıcı problemi"nin çözümünden hesaplama görevlerini programlamaya, internet aramalarını iyileştirmekten merkezden kontrol edilmeyen robotların bir mayın tarlasını veya yanan bir binayı ortaklaşa taramalarını sağlamaya birçok uygulama. Bu büyüleyici basitlikte ancak hala etkin süreci bazı kolay deneylerle gözlemleyebilirsiniz. Mesela, karıncaların farklı büyüklüklerdeki boş alanlara girmelerine izin verin ve davranışlarını inceleyin. Karıncalar; oy vermeye, toplantılar düzenlemeye veya herhangi bir plan yapmaya yetkin olmayabilirler ancak biz insanlar bu basit yaratıkların karmaşık yollarla etkin bir bir şekilde çalışabilmelerinden bir şeyler öğrenebiliriz.