Come un cervello, una colonia di formiche opera senza controllo centrale. Ciascuno è un insieme di individui interagenti, neuroni o formiche, che usano semplici interazioni chimiche che nell'insieme generano il loro comportamento. Le persone usano il cervello per ricordare. Le colonie di formiche possono farlo? Questa domanda porta ad un'altra domanda: che cos'è la memoria? Per le persone, la memoria è la capacità di ricordare qualcosa che è accaduto in passato. Chiediamo anche ai computer di riprodurre le azioni passate: la fusione dell'idea del computer come cervello e cervello come computer ci ha portato a prendere la 'memoria' per significare qualcosa come le informazioni memorizzate su un disco rigido. Sappiamo che la nostra memoria si basa su cambiamenti in quanto una serie di neuroni collegati si stimolano a vicenda; che è rinforzato in qualche modo durante il sonno; e che la memoria recente ea lungo termine coinvolge diversi circuiti di neuroni collegati. Ma c'è ancora molto che non sappiamo su come questi eventi neurali si uniscano, se ci sono rappresentazioni memorizzate che usiamo per parlare di qualcosa che è accaduto in passato, o come possiamo continuare a svolgere un compito precedentemente appreso come leggere o andare in bicicletta.
Ogni essere vivente può esibire la forma più semplice di memoria, un cambiamento dovuto a eventi passati. Guarda un albero che ha perso un ramo. Ricorda come cresce intorno alla ferita, lasciando tracce nel modello della corteccia e nella forma dell'albero. Potresti essere in grado di descrivere l'ultima volta che hai avuto l'influenza, oppure potresti non farlo. Ad ogni modo, in un certo senso il tuo corpo "ricorda", perché alcune delle tue cellule ora hanno diversi anticorpi, recettori molecolari, che si adattano a quel particolare virus.
Gli eventi passati possono alterare il comportamento di singole formiche e colonie di formiche. Le singole formiche da carpentiere offrirono una sorpresa di zucchero ricordando la sua posizione per alcuni minuti; probabilmente sarebbero tornati dove era stato il cibo. Un'altra specie, la formica del deserto del Sahara, si aggira intorno al deserto sterile, alla ricerca di cibo. Sembra che una formica di questa specie possa ricordare fino a che punto ha camminato, o quanti passi ha fatto, dall'ultima volta che era al nido.
Una colonia di formiche di legno rosso ricorda il suo sistema di scie che porta agli stessi alberi, anno dopo anno, anche se nessuna singola formica lo fa. Nelle foreste d'Europa, si nutrono di alberi ad alto fusto per nutrirsi delle escrezioni di afidi che a loro volta si nutrono dell'albero. I loro nidi sono enormi cumuli di aghi di pino situati nello stesso posto per decenni, occupati da molte generazioni di colonie. Ogni formica tende a percorrere lo stesso sentiero giorno dopo giorno sullo stesso albero. Durante il lungo inverno, le formiche si stringono insieme sotto la neve. Il mirmecologo finlandese Rainer Rosengren ha dimostrato che quando le formiche emergono in primavera, una formica più anziana esce con una giovane lungo il sentiero abituale della formica anziana. La formica più anziana muore e la formica più giovane adotta quella scia come propria, portando così la colonia a ricordare, o riprodurre, le scie dell'anno precedente.
Il foraggiamento in una colonia di formiche mietitrici richiede memoria di formica individuale. Le formiche cercano semi sparsi e non usano segnali ai feromoni; se una formica trova un seme, non ha senso reclutare altri perché non è probabile che ci siano altri semi nelle vicinanze. I foraggiatori percorrono un sentiero che può estendersi fino a 20 metri dal nido. Ogni formica lascia la scia e si avvia da sola per cercare cibo. Cerca fino a quando non trova un seme, quindi ritorna sul sentiero, magari usando l'angolo della luce solare come guida, per tornare al nido, seguendo il flusso di falciatori in uscita. Una volta tornato al nido, un foraggiatore lascia cadere il suo seme e viene stimolato a lasciare il nido con la velocità con cui incontra altri foraggeri che ritornano con il cibo. Al suo prossimo viaggio, lascia la pista quasi nello stesso posto per cercare di nuovo.
Incontri di formiche: reti di interazione e comportamento delle colonie (primer in sistemi complessi)
Come fanno le colonie di formiche a fare qualcosa quando nessuno è al comando? Una colonia di formiche opera senza un controllo o una gerarchia centrale, e nessuna formica ne dirige un'altra. Invece, le formiche decidono cosa fare in base alla velocità, al ritmo e al modello degli incontri e delle interazioni individuali, risultando in una rete dinamica che coordina le funzioni della colonia. Ant Encounters offre uno sguardo rivelatore e accessibile sul comportamento delle formiche da questa prospettiva di sistemi complessi.
AcquistareOgni mattina, la forma dell'area di foraggiamento della colonia cambia, come un'ameba che si espande e si contrae. Nessuna singola formica ricorda il posto attuale della colonia in questo schema. Durante il primo viaggio di ogni foraggiatore, tende ad uscire oltre il resto delle altre formiche che viaggiano nella stessa direzione. Il risultato è in effetti un'onda che si estende ulteriormente man mano che la giornata avanza. A poco a poco l'onda si ritira, poiché le formiche che fanno brevi viaggi verso i siti vicino al nido sembrano essere le ultime a rinunciare.
Di giorno in giorno, il comportamento della colonia cambia e ciò che accade in un giorno influisce sul successivo. Ho condotto una serie di esperimenti di perturbazione. Tirai fuori stuzzicadenti che gli operai dovevano allontanare, o bloccai i sentieri in modo che i foraggiatori dovessero lavorare di più, o creai un disturbo che i pattugliatori cercarono di respingere. Ogni esperimento ha interessato direttamente solo un gruppo di lavoratori, ma l'attività di altri gruppi di lavoratori è cambiata, perché i lavoratori di un compito decidono se essere attivi in base alla loro frequenza di brevi incontri con lavoratori di altri compiti. Dopo pochi giorni di ripetizione dell'esperimento, le colonie continuarono a comportarsi come facevano mentre erano disturbate, anche dopo che le perturbazioni si fermavano. Le formiche avevano cambiato mansioni e posizioni nel nido, e quindi gli schemi dell'incontro impiegarono un po 'di tempo per tornare allo stato indisturbato. Nessuna singola formica ricordava nulla ma, in un certo senso, la colonia lo faceva.
Le colonie vivono per 20-30 anni, la vita della singola regina che produce tutte le formiche, ma le singole formiche vivono al massimo un anno. In risposta alle perturbazioni, il comportamento delle colonie più grandi e più grandi è più stabile di quello delle più giovani. È anche più omeostatico: maggiore è l'entità del disturbo, maggiore è la probabilità che le colonie più anziane si concentrassero sul foraggiamento piuttosto che sulla risposta alle seccature che avevo creato; mentre peggio diventava, più le colonie più giovani reagivano. In breve, le colonie più grandi e più grandi crescono per agire in modo più saggio di quelle più giovani più piccole, anche se la colonia più anziana non ha formiche più vecchie e più sagge.
Le formiche usano la velocità con cui si incontrano e sentono l'odore di altre formiche, o le sostanze chimiche depositate da altre formiche, per decidere cosa fare dopo. Un neurone usa la velocità con cui viene stimolato da altri neuroni per decidere se sparare. In entrambi i casi, la memoria deriva dai cambiamenti nel modo in cui le formiche o i neuroni si connettono e si stimolano a vicenda. È probabile che il comportamento delle colonie maturi perché la dimensione delle colonie modifica i tassi di interazione tra le formiche. In una colonia più anziana e più grande, ogni formica ha più formiche da incontrare rispetto a una più giovane, più piccola, e il risultato è una dinamica più stabile. Forse le colonie ricordano un disturbo del passato perché ha spostato la posizione delle formiche, portando a nuovi modelli di interazione, che potrebbero persino rafforzare il nuovo comportamento durante la notte mentre la colonia è inattiva, proprio come i nostri ricordi si consolidano durante il sonno. I cambiamenti nel comportamento delle colonie dovuti a eventi passati non sono la semplice somma dei ricordi delle formiche, proprio come i cambiamenti in ciò che ricordiamo e ciò che diciamo o facciamo, non sono un semplice insieme di trasformazioni, neurone per neurone. Invece, i tuoi ricordi sono come quelli di una colonia di formiche: nessun neurone particolare ricorda nulla, anche se il tuo cervello lo fa. 
Questo articolo è stato originariamente pubblicato su Aeon ed è stato ripubblicato sotto Creative Commons.
Deborah M. Gordon è professore di biologia alla Stanford University in California. Ha scritto delle sue ricerche per pubblicazioni come Scientific American e Wired . Il suo ultimo libro è Ant Encounters: Interaction Networks and Colony Behaviour (2010).
