Le formiche si comportano come reti neurali

Secondo una nuova configurazione sperimentale, le formiche sono parallele ad altri complessi sistemi biologici come le reti di neuroni in un cervello.

Le temperature stanno aumentando e presto una colonia di formiche dovrà prendere una decisione collettiva. 

Ogni formica sente il calore che sale sotto le sue zampette, ma prosegue 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, pubblicato su Proceedings of the National Academy of Sciences (1) suggerisce che in effetti, le formiche come gruppo si comportano in modo simile alle reti di neuroni in un cervello ...

Il dottor Daniel Kronauer (2) e il socio post-dottorato Asaf Gal (3) hanno sviluppato una nuova configurazione sperimentale per analizzare meticolosamente il processo decisionale nelle colonie di formiche. 

Essi 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 delle dimensioni 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 dà origine a decisioni.

«Abbiamo sperimentato un approccio per comprendere la colonia di formiche come un sistema cognitivo che percepisce gli input e poi li traduce in output comportamentali», afferma Kronauer, capo del Laboratory of Social Evolution and Behavior. «Questo è uno dei primi passi per capire davvero come le società degli insetti si impegnano nel calcolo collettivo».

Un nuovo paradigma

Al suo livello più elementare, il processo decisionale si riduce a una serie di calcoli volti a massimizzare i benefici e ridurre al minimo 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 determinato comportamento, come allontanarsi. Se l'aumento della temperatura non è abbastanza grande, non ne varrà la pena.

Kronauer e Gal hanno voluto indagare come questo tipo di elaborazione delle informazioni avvenga 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 una dimensione prestabilita di 36 lavoratori e 18 larve hanno evacuato in modo affidabile il loro nido quando la temperatura ha raggiunto circa 34 gradi Celsius. 

Questa scoperta ha un senso intuitivo, dice Kronauer, perché «se ti senti troppo a disagio, te ne vai».

Una colonia di formiche evacua il nido a seguito di una perturbazione della temperatura. - Credit: Daniel Kronauer.

Tuttavia, i ricercatori sono rimasti sorpresi di scoprire che le formiche non stavano semplicemente rispondendo alla temperatura stessa. Quando hanno aumentato le dimensioni della colonia da 10 a 200 individui, la temperatura necessaria per innescare la decisione di sgomberare è aumentata. 

Colonie di 200 individui, ad esempio, hanno resistito fino a quando le temperature non hanno superato i 36 gradi. «Sembra che la soglia non sia fissa. Piuttosto, è una proprietà emergente che cambia a seconda delle dimensioni del gruppo», afferma Kronauer.

Le singole formiche non sono consapevoli delle dimensioni della loro colonia, quindi come può la loro decisione dipendere da essa? Kronauer 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, ridimensionano il loro effetto quando sono presenti più formiche. Usano un modello matematico per dimostrare che un tale meccanismo è effettivamente plausibile. Ma non sanno perché colonie più grandi richiederebbero temperature più elevate per fare le valigie. 

Kronauer azzarda che potrebbe semplicemente essere che più grandi sono le dimensioni della colonia, più oneroso sarà trasferirsi, aumentando la temperatura critica per la quale si verificano i trasferimenti.

In studi futuri, Kronauer e Gal sperano di perfezionare il loro modello teorico del processo decisionale nella colonia di formiche interferendo con più parametri e vedendo come rispondono gli insetti. 

Ad esempio, possono alterare il livello di feromoni nel recinto delle formiche o creare formiche geneticamente modificate con diverse capacità di rilevare i cambiamenti di temperatura. «Quello che siamo stati in grado di fare finora è perturbare il sistema e misurare l'output con precisione», afferma Kronauer. «A lungo termine, l'idea è di decodificare il sistema per dedurne il funzionamento interno in modo sempre più dettagliato».

Riferimenti:

(1) The emergence of a collective sensory response threshold in ant colonies
(2) Daniel Kronauer
(3) Asaf Gal

Fonte: www.ecplanet.org