Imagine que você é um membro da espécie Cephalotes goniodontus, uma formiga arbórea com cabeça de Darth Vader que inspirou os humanos a chamá-las de "formigas tartaruga". Você está se movendo ao longo de um galho da copa emaranhada de uma árvore em Jalisco, México, seguindo uma trilha de cheiro deixada por outras formigas de sua colônia, mas você atinge um fim abrupto onde o galho está quebrado. Como você sabe para onde ir?
Deborah Gordon, professor de biologia na Universidade de Stanford, decidiu responder a essa e a muitas outras perguntas quando começou a estudar essas formigas em 2011. Olhando para dentro das árvores - às vezes do topo de uma escada - Gordon passou horas registrando quais junções as formigas escolhem.
Trabalho de Gordon, publicado online em 29 de setembro pela Naturalista americano , levou ao desenvolvimento de um algoritmo simples que explica como as formigas criam, reparar e podar uma rede dentro de um complexo labirinto de vegetação. Este algoritmo pode explicar outros processos biológicos ou fornecer soluções de engenharia.
Um algoritmo de formiga
As formigas que Gordon estudou nunca saem de sua copa florestal, movendo-se em vez de um emaranhado de vinhas, arbustos e árvores ao longo de um circuito de trilhas que ligam muitos ninhos e fontes de alimento. Porque essas fontes de alimentos vêm e vão, ninhos desaparecem e galhos quebram, o circuito muda ligeiramente de um dia para o outro.
Gordon mapeou essas trilhas complexas e montou experimentos para estudar como as formigas reagiam quando um novo alimento aparecia ou galhos quebravam. Junto com Arjun Chandrasekhar e Saket Navlakha do Salk Institute of Biological Studies da University of California, San Diego, Gordon analisou os dados resultantes para modelar como as formigas reparam e podam sua rede de trilhas.
"Em cada nó, formigas podem se perder se outras não tiverem estado lá recentemente o suficiente para deixar um rastro químico, "disse Gordon." Portanto, há um processo contínuo que não cria a rede com o caminho mais curto, mas a rede com o menor número de junções onde as formigas precisam tomar uma decisão e podem tomar a decisão errada. Parece que a evolução favoreceu manter as formigas juntas na mesma rede, em vez de poupar esforço para que eles andem muito longe. "
As formigas de C. goniodontus escolhem o caminho a seguir em uma junção seguindo o feromônio colocado pelas formigas que recentemente cruzaram aquela junção. O feromônio evapora, então o caminho que recentemente teve mais formigas é o mais atraente. Ao marcar as formigas com esmalte de unha, Gordon descobriu que as mesmas formigas tendem a seguir as mesmas trilhas de um ninho.
Mas se uma trilha for interrompida, as formigas têm um plano simples para se reconectar à rede de trilhas. Eles usam o que é conhecido como "pesquisa gananciosa, "contornando a ruptura no caminho, voltando para a junção mais próxima e escolhendo um novo caminho a partir desse ponto.
"Mesmo se houver o que nos pareça uma solução mais limpa disponível, voltando alguns nós, eles nunca usam isso, "disse Gordon." Eles sempre voltam para o nó mais próximo da quebra e vão de lá para o nó mais próximo, e assim por diante. Porque a vegetação é tão emaranhada, eles são capazes de encontrar um caminho para o outro lado do intervalo. "
Como costuma acontecer na ciência, algoritmos podem oferecer soluções inspiradas na natureza para problemas de engenharia, levando a correções robustas e elegantes. Os algoritmos que produzem e reparam redes naturais, como a rede de neurônios e suas sinapses no cérebro, nos ajudam a projetar e navegar em muitos tipos de redes de engenharia, como Facebook ou sistemas de metrô. Este algoritmo, criado por formigas tartarugas no dossel tropical, é outro exemplo de uma excelente solução evoluída, Disse Gordon.
