"Connetti solo"—E. La citazione concisa di M. Forster cattura una caratteristica essenziale di ogni società, umano o animale:i modelli di interazione tra individui da cui nascono i comportamenti collettivi. Sviluppando un sistema che consente automatizzato, monitoraggio approfondito delle interazioni sociali delle api mellifere, i ricercatori hanno ora scoperto una proprietà inaspettata del social network delle api che un giorno potrebbe aiutarci a progettare sistemi di comunicazione tra uomo e macchina più efficaci.

Il gruppo, che comprendeva ricercatori in informatica, entomologia, fisica, e scienze e ingegneria meccanica presso l'Università dell'Illinois a Urbana-Champaign e l'Università di Lipsia, descritto il lavoro in una nuova pubblicazione nel Atti dell'Accademia Nazionale delle Scienze . Il loro sistema di monitoraggio comportamentale è stato progettato per trarre vantaggio dai recenti progressi nell'imaging e nell'analisi delle immagini. Sorprendentemente, ha rivelato che un particolare modello di interazioni sociali, associata a una lenta diffusione delle informazioni nelle comunità umane, sembrava consentire una rapida diffusione delle informazioni tra le api.

"[L'obiettivo era] capire come quantificare la coesione di una società, ", ha affermato il professore di fisica dell'Illinois Swanlund, Nigel Goldenfeld. "Se le particelle di gas si agglomerano per formare un liquido, allora hai un nuovo comportamento come la tensione superficiale. . . i sistemi sociali dovrebbero anche esibire proprietà emergenti che descrivono come si tengono insieme, ma non abbiamo ancora un buon modo per capirlo e quantificarlo." Goldenfeld è anche leader del tema di ricerca sulla biocomplessità presso il Carl R. Woese Institute for Genomic Biology (IGB).

Un modo per documentare l'interazione uno contro uno tra le api è individuare la trofallassi, un comportamento in cui un'ape chiede cibo e la sua compagna di nido risponde offrendo una goccia di liquido zuccherino rigurgitato. A prima vista, trofallassi sembra un'ape che fa uno spuntino, ma questo scambio può essere ricco non solo di calorie ma anche di informazioni, compresi i segnali chimici che l'ape che offre il cibo ha prodotto o ricevuto da altri.

Questa caratteristica rende la trofallassi un comportamento privilegiato da studiare, ma sarebbe quasi impossibile per un osservatore umano documentare ogni evento in una colonia per un lungo periodo di tempo. Tim Gernat, uno studente laureato che lavora nei laboratori di Gene Robinson, Direttore dell'IGB e Swanlund Professor of Entomology presso l'Università dell'Illinois, e professore di matematica e informatica all'Università di Lipsia Martin Middendorf, deciso di creare un sistema automatizzato che potrebbe fare proprio questo.

L'allestimento sperimentale era una miscela di high-tech e naturalistico. Colonie di api da miele alloggiate in alveari con pareti di vetro sono state fotografate una volta al secondo, registrazione di immagini che includevano il tag quadrato con codice a barre personalizzato incollato sul dorso di ogni ape. La galleria fotografica risultante ha formato una registrazione quasi completa delle interazioni tra i membri della colonia nel corso di più di una settimana. Per gli scienziati di rete interessati alle interazioni sociali, un record così completo per un gruppo così numeroso rappresenta una nuova ed entusiasmante opportunità.

"Credo che fosse il momento giusto per questo tipo di lavoro, " ha detto Gernat. "La stampa ad alta risoluzione esiste, esistono telecamere ad alta risoluzione, esistono diversi tipi di codici a barre. . . ciò che è stato molto difficile, ed è ancora molto difficile, è quello di monitorare il comportamento."

Gernat e i suoi colleghi hanno lavorato per creare e perfezionare un software in grado di segnalare probabili scambi di cibo tra le api.

"La più grande sfida tecnica è stata dal lato sperimentale:tracciare le singole api e rilevare automaticamente le loro interazioni, " disse Vikyath Rao, un ricercatore post-dottorato in fisica all'Illinois. Una volta vinta quella sfida, il gruppo ha avuto un approccio rapido e sistematico per generare un dataset di social network senza rivali per qualità e dimensioni.

La portata del progetto ha consentito ai ricercatori uno sguardo matematicamente rigoroso sulla diffusione delle informazioni all'interno di un sistema sociale che, nonostante la regina dal nome fuorviante, è un senza leader, comunità decentralizzata. Le api da miele coordinano il comportamento a livello di gruppo attraverso migliaia di piccole interazioni che potrebbero apparire casuali all'occhio umano; c'è uno schema nascosto nei loro incontri?

Studiando i tempi delle interazioni tra le api, il team ha scoperto che il social network delle api condivideva una caratteristica chiave con le reti umane come intravisto dall'attività del telefono cellulare o dei social media:le interazioni si sono verificate in uno schema di grappoli sporadici e spazi vuoti che gli scienziati della rete descrivono come "scoppiati".

Questo apparente parallelo tra le interazioni sociali tra uomo e ape nascondeva una sorpresa. Quando i ricercatori hanno simulato la velocità di un'informazione (per le api, questo potrebbe essere qualsiasi cosa, da un segnale chimico a un agente patogeno che causa una malattia) potrebbe diffondersi attraverso la rete, hanno scoperto che ciò avveniva rapidamente, a differenza della lenta diffusione che si trova nelle esplosive reti umane. Questa caratteristica era robusta per i cambiamenti nella demografia delle colonie, addirittura riemergere nelle reti di interazione degli alveari dai quali molti individui erano stati improvvisamente allontanati.

"Abbiamo una struttura di rete e abbiamo auto-organizzazione, raccoglitrici e api dell'alveare che lavorano insieme per sostenere la funzione della colonia, " disse Harry Dankowicz, Professore di Scienze e Ingegneria Meccanica presso l'Università dell'Illinois. "Ma, c'è un collegamento tra i due? Che forma potrebbe assumere e cosa potremmo imparare da tale conoscenza?"

Questa collaborazione interdisciplinare è un passo nel tentativo di scoprire ed essere ispirati dai segreti dei sistemi naturali auto-organizzati.

"Il progetto ha aperto diverse strade promettenti per il lavoro futuro, iniziando con l'esplorare ulteriormente i principi alla base che fanno funzionare la rete delle api da miele in un modo così unico, e cosa potrebbe significare per i social network umani, " ha detto Robinson.