Imagina que eres miembro de la especie Cephalotes goniodontus, una hormiga arbórea con una cabeza parecida a Darth Vader que ha inspirado a los humanos a llamarte "hormigas tortuga". Te estás moviendo a lo largo de una rama del dosel de los árboles enredados en Jalisco, México, siguiendo un rastro de olor dejado por otras hormigas de su colonia, pero llegas a un final abrupto donde la rama se rompe. ¿Cómo sabes adónde ir?
Deborah Gordon, profesor de biología en la Universidad de Stanford, Se propuso responder esta y muchas otras preguntas cuando comenzó a estudiar estas hormigas en 2011. Mirando hacia los árboles, a veces desde lo alto de una escalera, Gordon pasó horas registrando qué cruces eligen las hormigas.
El trabajo de Gordon, publicado en línea el 29 de septiembre por Naturalista estadounidense , ha llevado al desarrollo de un algoritmo simple que explica cómo crean las hormigas, reparar y podar una red dentro de un complejo laberinto de vegetación. Este algoritmo podría explicar otros procesos biológicos o proporcionar soluciones de ingeniería.
Un algoritmo de hormigas
Las hormigas que estudió Gordon nunca abandonan el dosel del bosque, moviéndose en cambio a través de una maraña de enredaderas, arbustos y árboles a lo largo de un circuito de senderos que unen muchos nidos y fuentes de alimento. Debido a que estas fuentes de alimentos van y vienen, los nidos desaparecen y las ramas se rompen, el circuito cambia ligeramente de un día a otro.
Gordon trazó un mapa de estos senderos complejos y organizó experimentos para estudiar cómo respondían las hormigas cuando aparecían nuevos alimentos o se rompían ramas. Junto con Arjun Chandrasekhar y Saket Navlakha del Instituto Salk de Estudios Biológicos de la Universidad de California, San Diego, Gordon analizó los datos resultantes para modelar cómo las hormigas reparan y podan su red de senderos.
"En cada nodo, Las hormigas podrían perderse si otras no han estado allí lo suficiente como para dejar un rastro químico, ", dijo Gordon." Así que hay un proceso en curso que no crea la red con el camino más corto, pero la red con la menor cantidad de cruces donde las hormigas tienen que tomar una decisión y podrían tomar la equivocada. Parece que la evolución ha favorecido mantener juntas a las hormigas en la misma red, en lugar de ahorrarles esfuerzo en la distancia que tienen que caminar ".
Las hormigas de C. goniodontus eligen qué ruta tomar en un cruce siguiendo la feromona colocada por las hormigas que cruzaron recientemente ese cruce. La feromona se evapora, así que el camino que recientemente tuvo más hormigas es el más atractivo. Marcando las hormigas con esmalte de uñas, Gordon descubrió que las mismas hormigas tienden a seguir los mismos senderos desde un nido.
Pero si se rompe un rastro, las hormigas tienen un plan simple para volver a conectarse con la red de senderos. Usan lo que se conoce como "búsqueda codiciosa, "Trabajando alrededor de la ruptura en el camino volviendo al cruce más cercano y eligiendo un nuevo camino desde ese punto.
"Incluso si existe lo que nos parece una solución más ordenada disponible retrocediendo algunos nodos, ellos nunca usan eso, "dijo Gordon." Ellos siempre regresan directamente al nodo más cercano a la ruptura y van desde allí al nodo más cercano, etcétera. Porque la vegetación está tan enredada, son capaces de encontrar un camino hacia el otro lado de la ruptura ".
Como sucede a menudo en la ciencia, los algoritmos pueden ofrecer soluciones inspiradas en la naturaleza para problemas de ingeniería, conduciendo a arreglos robustos y elegantes. Los algoritmos que producen y reparan redes naturales, como la red de neuronas y sus sinapsis en el cerebro, ayúdanos a diseñar y navegar por muchos tipos de redes diseñadas, como Facebook o sistemas de metro. Este algoritmo, creado por las hormigas tortuga en el dosel tropical, es otro ejemplo de una excelente solución evolucionada, Dijo Gordon.
