Le colonie di formiche si comportano come le reti neurali quando prendono decisioni

Apr 29, 2023

Le temperature stanno aumentando e una colonia di formiche dovrà presto prendere una decisione collettiva. Ciascuna formica sente il calore crescente sotto i propri piedi ma procede come al solito finché, all'improvviso, le formiche invertono la rotta. L'intero gruppo si precipita fuori all'unisono. È stata presa la decisione di evacuare. È quasi come se la colonia di formiche avesse una mente collettiva più grande.

Un nuovo studio suggerisce che in effetti le formiche come gruppo si comportano in modo simile alle reti di neuroni di un cervello.

Daniel Kronauer del Rockefeller e il socio post-dottorato Asaf Gal hanno sviluppato un nuovo apparato sperimentale per analizzare meticolosamente il processo decisionale nelle colonie di formiche. Come riportato negli Atti della National Academy of Sciences, hanno scoperto che quando una colonia evacua a causa dell’aumento delle temperature, la sua decisione è funzione sia dell’entità dell’aumento di calore che della dimensione del gruppo di formiche.

I risultati suggeriscono che le formiche combinano le informazioni sensoriali con i parametri del loro gruppo per arrivare a una risposta di gruppo, un processo simile ai calcoli neurali che danno origine alle decisioni.

"Abbiamo aperto la strada a un approccio per comprendere la colonia di formiche come un sistema di tipo cognitivo che percepisce gli input e poi li traduce in risultati comportamentali", afferma Kronauer, capo del Laboratorio di evoluzione sociale e comportamento. “Questo è uno dei primi passi verso la comprensione reale di come le società degli insetti si impegnano nel calcolo collettivo”.

Al suo livello più elementare, il processo decisionale si riduce a una serie di calcoli intesi a massimizzare i benefici e minimizzare i costi. Ad esempio, in un tipo comune di processo decisionale chiamato soglia di risposta sensoriale, un animale deve rilevare input sensoriali, come il calore, oltre un certo livello per produrre un certo comportamento costoso, come allontanarsi. Se l’aumento della temperatura non è abbastanza grande, non ne varrà la pena.

Kronauer e Gal volevano indagare come questo tipo di elaborazione delle informazioni avviene a livello collettivo, dove entrano in gioco le dinamiche di gruppo. Hanno sviluppato un sistema in cui potevano perturbare con precisione una colonia di formiche con aumenti di temperatura controllati. Per tracciare le risposte comportamentali delle singole formiche e dell’intera colonia, hanno contrassegnato ogni insetto con punti colorati diversi e hanno seguito i loro movimenti con una telecamera di localizzazione.

Come previsto dai ricercatori, colonie di dimensioni predefinite di 36 operaie e 18 larve hanno evacuato in modo affidabile il loro nido quando la temperatura ha raggiunto circa 34°C. Questa scoperta ha un senso intuitivo, dice Kronauer, perché "se ti senti troppo a disagio, te ne vai".

Tuttavia, i ricercatori sono rimasti sorpresi nello scoprire che le formiche non rispondevano semplicemente alla temperatura stessa. Quando aumentarono le dimensioni della colonia da 10 a 200 individui, la temperatura necessaria per innescare la decisione di evacuare aumentò. Colonie di 200 individui, ad esempio, resistettero finché le temperature non superarono i 36°C. "Sembra che la soglia non sia fissa. Piuttosto, è una proprietà emergente che cambia a seconda delle dimensioni del gruppo", dice Kronauer.

Le singole formiche non sono consapevoli delle dimensioni della loro colonia, quindi come può dipendere la loro decisione? Lui e Gal sospettano che la spiegazione abbia a che fare con il modo in cui i feromoni, i messaggeri invisibili che trasmettono informazioni tra le formiche, aumentano il loro effetto quando sono presenti più formiche. Usano un modello matematico per dimostrare che un tale meccanismo è plausibile. Ma non sanno perché le colonie più grandi necessiterebbero di temperature più elevate per fare le valigie. Kronauer azzarda che potrebbe semplicemente essere che quanto maggiore è la dimensione della colonia, tanto più oneroso sarà il trasferimento, aumentando la temperatura critica alla quale avvengono i trasferimenti.

Negli studi futuri, Kronauer e Gal sperano di affinare il loro modello teorico del processo decisionale nella colonia di formiche interferendo con più parametri e osservando come rispondono gli insetti. Ad esempio, possono manomettere il livello dei feromoni nel recinto delle formiche o creare formiche geneticamente modificate con diverse capacità di rilevare i cambiamenti di temperatura. "Ciò che siamo riusciti a fare finora è perturbare il sistema e misurare con precisione i risultati", afferma Kronauer. "A lungo termine, l'idea è quella di decodificare il sistema per dedurne il funzionamento interno in modo sempre più dettagliato."