Immagina di essere un membro della specie Cephalotes goniodontus, una formica arborea con una testa simile a Darth Vader che ha ispirato gli umani a chiamarti "formiche tartaruga". Ti stai muovendo lungo un ramo della chioma aggrovigliata a Jalisco, Messico, seguendo una scia olfattiva lasciata da altre formiche della tua colonia, ma hai colpito una brusca fine dove il ramo è rotto. Come fai a sapere dove andare?

Deborah Gordon, professore di biologia alla Stanford University, ha deciso di rispondere a questa e a molte altre domande quando ha iniziato a studiare queste formiche nel 2011. Sbirciando tra gli alberi, a volte dall'alto di una scala, Gordon ha trascorso ore a registrare quali giunzioni scelgono le formiche.

opera di Gordon, pubblicato online il 29 settembre dal naturalista americano , ha portato allo sviluppo di un semplice algoritmo che spiega come le formiche creano, riparare e sfoltire una rete all'interno di un complesso labirinto di vegetazione. Questo algoritmo potrebbe spiegare altri processi biologici o fornire soluzioni ingegneristiche.

Un algoritmo di formica

Le formiche studiate da Gordon non lasciano mai la loro volta forestale, muovendosi invece attraverso un groviglio di viti, cespugli e alberi lungo un circuito di sentieri che collegano molti nidi e fonti di cibo. Perché queste fonti di cibo vanno e vengono, i nidi scompaiono e i rami si spezzano, il circuito cambia leggermente di giorno in giorno.

Gordon ha mappato questi percorsi complessi e ha avviato esperimenti per studiare come le formiche hanno risposto quando è apparso nuovo cibo o si sono spezzati i rami. Insieme ad Arjun Chandrasekhar e Saket Navlakha del Salk Institute of Biological Studies dell'Università della California, San Diego, Gordon ha analizzato i dati risultanti per modellare il modo in cui le formiche riparano e potano la loro rete di sentieri.

"Ad ogni nodo, le formiche potrebbero perdersi se altri non sono stati lì di recente abbastanza da lasciare una scia chimica, " ha detto Gordon. "Quindi c'è un processo in corso che non crea la rete con il percorso più breve, ma la rete con il minor numero di incroci dove le formiche devono prendere una decisione e potrebbero sbagliare. Sembra che l'evoluzione abbia favorito il tenere insieme le formiche sulla stessa rete, piuttosto che risparmiare loro lo sforzo di quanto devono camminare."

Le formiche di C. goniodontus scelgono quale strada prendere ad un bivio seguendo il feromone deposto dalle formiche che di recente hanno attraversato quel bivio. Il feromone evapora, quindi il sentiero che di recente ha avuto più formiche è quello più attraente. Segnando le formiche con lo smalto, Gordon ha scoperto che le stesse formiche tendono a percorrere gli stessi sentieri da un nido.

Ma se un sentiero si spezza, le formiche hanno un piano semplice per riconnettersi con la rete di sentieri. Usano la cosiddetta "ricerca avida, " aggirando la rottura del percorso tornando al bivio più vicino e scegliendo da quel punto un nuovo percorso.

"Anche se c'è quella che ci sembra una soluzione più ordinata disponibile tornando indietro di alcuni nodi, non lo usano mai, " ha detto Gordon. "Tornano sempre direttamente al nodo più vicino all'interruzione e vanno da lì al nodo più vicino, e così via. Perché la vegetazione è così intricata, sono in grado di trovare un modo per l'altro lato della rottura."

Come spesso accade nella scienza, gli algoritmi possono offrire soluzioni ispirate alla natura a problemi ingegnerizzati, portando a correzioni robuste ed eleganti. Gli algoritmi che producono e riparano le reti naturali, come la rete di neuroni e le loro sinapsi nel cervello, aiutaci a progettare e navigare molti tipi di reti ingegnerizzate, come Facebook o i sistemi della metropolitana. Questo algoritmo, creato dalle formiche tartaruga nel baldacchino tropicale, è un altro esempio di ottima soluzione evoluta, disse Gordon.