Scoprire la complessità dei percorsi di foraggiamento delle formiche | RegTech

Il comportamento di foraggiamento delle formiche, con la sua interazione tra gli individui e il gruppo, gioca un ruolo importante nello studio dell’auto-organizzazione e del comportamento emergente dei sistemi complessi,1,2 e ha ispirato la ben nota metaeuristica Ant Colony Optimization (ACO).2-4 Tuttavia, in ACO le formiche foraggiatrici sono solitamente considerate utilizzare una serie piuttosto semplice di regole comportamentali3,5,6 spesso limitate al semplice “Se trovi del cibo, torna al nido posando il feromone” e “segui preferibilmente le tracce con più feromone. “3,5,7 Lo studio successivo del foraggiamento delle formiche ha scoperto ulteriori regole di foraggiamento e proprietà della rete delle tracce di feromone.6 Per esempio, la formica del faraone deposita due tipi di feromone attrattivo: un feromone a vita breve che decade entro 20 minuti e un feromone più duraturo che agisce come una memoria esterna a lungo termine, permettendo alle colonie di riutilizzare le tracce tracciate uno o due giorni prima.8 Depositano anche feromoni repellenti sui rami che portano a fonti di cibo esaurite.9 Nella formica Lasius niger, sono state scoperte regole come “depositare più feromone quando la qualità del cibo è più alta “10 , “depositare più feromone se la colonia sta morendo di fame “11 e “depositare più feromone quanto più si è vicini alla fonte di cibo “12 . Tuttavia, le formiche foraggiatrici non fanno affidamento solo sui feromoni. Le formatrici di L. niger possono formare accurate memorie di percorso dopo poche visite a una fonte di cibo,13-15 e queste memorie di percorso sono seguite di preferenza ai feromoni di traccia quando sono in conflitto tra loro.13,15-17

In un recente articolo,18 abbiamo permesso alle formatrici di L. niger che avevano già fatto diversi viaggi a una mangiatoia di camminare lungo un sentiero con segmenti alternati contrassegnati e non contrassegnati da feromoni di traccia. Abbiamo scoperto che le due fonti di informazione, la memoria del percorso e il feromone del sentiero, interagiscono. Le formiche esperte usano la presenza del feromone di traccia come ciò che abbiamo chiamato “rassicurazione” che sono sul percorso corretto. Rassicurate, le formiche camminano più velocemente e più dritte. Se, per caso, commettono un errore ed escono dal sentiero, riducono la velocità, camminano più sinuosamente ed eseguono più inversioni a U. Abbiamo suggerito che questo potrebbe aiutarle a tornare sulla strada giusta. Inoltre, abbiamo dimostrato che le formiche con una memoria di percorso riducono notevolmente la quantità di feromone che depositano, che abbiamo quantificato contando il numero di volte che punteggiano la punta del loro addome sul substrato, quando escono dal percorso segnato. Questo rappresenta un’altra regola usata dalle formiche per modificare la deposizione di feromone: “Riduci la deposizione di feromone se esci da una traccia di feromone e sei già stato alla fonte di cibo”. Presumibilmente, questo riduce la probabilità che le formiche compagne di nido vengano deviate lungo il percorso sbagliato, mantenendo così l’integrità della traccia e prevenendo una cascata di errori.

Tuttavia, la complessità riscontrata in questo esperimento si è estesa oltre l’interazione tra feromoni della traccia e memoria; le formiche hanno anche cambiato il loro comportamento in presenza di marcature di home range. Gli home range markings in L. niger consistono in idrocarburi cuticolari (CHC) secreti dalle ghiandole tarsali sui piedi19,20 e si depositano passivamente sulle superfici su cui le formiche camminano.20 Non sono volatili, durano a lungo e, a differenza dei feromoni di scia, che portano a luoghi specifici, i CHC sono considerati home range markings. A causa del maggior traffico di formiche vicino al nido, un gradiente di CHC si forma dall’ingresso del nido verso l’esterno, definendo le aree frequentemente visitate dalle foraggiere della colonia.21 Le formiche possono percepire i CHC su una superficie e su altre formiche.

La presenza di CHC sul substrato aumenta i livelli di aggressività22 e riduce il tempo di scoperta del cibo23 e la sinuosità della camminata23 in L. niger ed è stato anche dimostrato che aumenta la deposizione di feromone al primo ritorno al nido.21,23 Tuttavia, osservando le formiche che fanno viaggi ripetuti verso una mangiatoia, abbiamo scoperto che questa era solo metà della storia. Quando camminano su un substrato con marcature home range ma senza feromone di traccia, le formiche esperte depongono meno feromone nei viaggi di andata verso una fonte di cibo, e depositano più feromone nel viaggio di ritorno (vedi Figura 1). Quando le marcature dell’home range non sono presenti, la deposizione sia all’andata che al ritorno è di intensità intermedia. In altre parole, le formiche sembrano avere un’ulteriore regola che modifica l’intensità della deposizione di feromone: “