7.4 Hormigas recolectando comida y designación de tareas
Todos hemos visto una situación de este tipo:
la grieta en la pared, las hormigas entrando en nuestra cocina
o en nuestros baños buscando comida...
y cuando la encuentran, siendo acapaces de atraer a otras pequeñas amigas
tan rápido tal que puedan devorar colectivamente lo que sea que nos haya caído al suelo.
Probablemente hayas visto los vastos sistemas de caminos que pueden crear
en el jardín de tu casa o en algún parque público...
Las hormigas son realmente increíbles en su habilidad
para buscar comida colectivamente de un modo muy eficaz.
Hemos hablado sobre esto un poco en la primera unidad
y vamos a revisarlo aquí, en esta unidad
junto con algún otro comportamiento sorprendente de las colonias de hormigas.
La idea básica de cómo las hormigas buscan comida
de la que hemos hablado en la unidad 1 es que:
Las hormigas salen del nido y se mueven de forma aleatoria en diferentes direcciones.
Cuando una hormiga se encuentra una fuente de comida
se trae algo de comida al nido dejando un rastro de feromonas
(las feromonas son un tipo de componente químico secretado por las hormigas...
...que atrae a otras hormigas).
Las hormigas que se encuentran el rastro probablemente lo sigan.
En ausencia de 'refuerzo' la feromona se disipa,
pero en tanto que las hormigas continúen siguiendo el rastro de feromonas
y continúen encontrando comida, seguirán reforzándolo.
Aquí hay un vídeo de un experimento famoso que ha sido repetido muchas veces
en el que a unas hormigas se les ofrece una elección entre dos caminos diferentes hacia la comida.
Un camino largo, como este.
Y un camino más corto.
El camino corto termina atrayendo más hormigas, finalmente a todas ellas,
porque la feromona puede ser más reforzada en el lado corto que en el largo.
Estas hormigas, si van por este camino, su feromona
frecuentemente se evapora antes de que otras hormigas
sean capaces de seguirla.
Allá vamos.
Puedes ver a las hormigas muy consistentemente siguiendo este camino.
Algunas se las apañan para ir por aquí arriba
(hay algo de azar en lo que hacen)
pero en su mayor parte están siguiendo este camino más corto a la comida.
Seguramente recuerdes este modelo "ants new".
Consiste en un nido de hormigas y tres fuentes de comida
e implementa un modelo de hormigas recolectando comida
siguiendo en líneas generales el algoritmo que acabo de describir.
Así que si clickamos GO...
...lo ralentizaré un poco...
...las hormigas salen del nido,
si una de ellas encuentra comida
(se mueven por ahí al azar)
si una de ellas encuentra comida
la traen de vuelta al nido dejando un rastro de feromonas.
Ejecutémoslo de nuevo
para que puedas verlo más lentamente.
Y otras hormigas que se ven atraídas al rastro de feromonas lo seguirán.
Pero si el rastro no es reforzado por las hormigas,
por ejemplo si la fuente de comida se agota,
el rastro se evapora, finalmente.
Mira este rastro evaporándose.
Pero si todavía hay comida a lo largo del rastro
entonces las hormigas lo encontrarán y lo reforzarán.
De este modo las hormigas son capaces de construir un tipo de MODELO,
utilizando sus rastros, que representa lo que colectivamente saben
sobre la comida en su ambiente.
Utilizando este modelo podeomos hacer un experimento
para ver qué papel juegan las feromonas realmente
para ayudar a las hormigas a encontrar la comida.
Para hacer eso voy a hacer un experimento simple
en el que voy a apagar la feromona.
Para hacer eso voy a
poner el nivel de evaporación en su nivel máximo,
lo que significa que la feromona se va a evaporar tan rápido
que las hormigas no pueden sentirlo.
Veamos lo que sucede entonces.
Aquí las hormigas no tiene ninguna feromona que sentir.
Sólo están buscando comida al azar.
No están interactuando las unas con las otras.
Veamos cuánto les lleva. Voy a acelerarlo un poco.
La simulación se para totalmente cuando se acaba la comida.
OK, les llevó 538 ticks encontrar toda la comida siendo 500 hormigas.
Voy a apuntar esto aquí.
Diremos: "Sin feromonas 538 ticks" para encontrar la comida.
Ahora encendamos la feromona de nuevo.
Vamos a bajarla hasta 2, un ritmo de evaporación muy bajo.
Y veamos cómo esto afecta al comportamiento.
Por supuesto, como hay mucha aleatoriedad,
si realmente quisiera obtener números precisos aquí
debería hacer esto muchas veces
(en verdad voy a dejarte hacer eso en las tareas propuestas)
y debería hacer la media de los resultados.
Pero ahora hagamos simplemente un test informal.
Veremos si hay un cambio en la cantidad de tiempo que lleva
para que toda la comida desaparezca.
Y, de hecho, esta vez sólo llevó 415 ticks.
Diremos: "Con feromona 415 ticks".
Así que este modelo simplificado nos permite tener una intuición
sobre el papel de las feromonas como ayuda
para las hormigas en la recolección eficaz de comida.
Sólo por repetir:
Para unas hormigas que estén rebuscando comida en cualquier momento
los rastros existentes y la concentración de feromonas
a lo largo de esos rastros
codifican la información colectiva de la colonia
sobre la comida en su ambiente.
Además, la información es capaz de adaptarse a los cambios en las condiciones del ambiente.
Una vez que la comida es ingerida, por ejemplo,
los rastros se evaporarán
y si se encuentra nueva comida
entonces se formarán nuevos rastros.
De esta manera las hormigas son capaces de
rebuscar comida de forma adaptativa,
incluso en un ambiente cambiante.
Ahora quiero mencionar brevemente otro tipo
de comportamiento autoorganizado en colonias de hormigas.
Se trata de la noción de 'designación de tareas'.
Deborah Gordon es una bióloga de la Universidad de Stanford
que ha hecho un extenso trabajo
sobre varios tipos de comportamientos en colonias de hormigas
pero en particular vamos a hablar de su trabajo sobre 'designación de tareas'.
De acuerdo con ella, la asignación de tareas es el proceso
que ajusta el número de trabajadoras involucradas en cada tarea
de manera apropiada a la tarea actual.
La designación de tarea se lleva a cabo sin un control central o jerárquico.
Es una actividad autoorganizada.
Gordon ha estudiado la designación de tareas entre hormigas recolectoras:
un tipo particular de hormigas.
En este tipo de hormigas, las trabajadoras de la colonia
se reparten a si mismas entre un número de tareas:
'Mantenimiento del nido', ojeando, limpiando el nido.
(Aquí hay una foto de un nido.)
'Vigilancia', 'recolección', 'gestión de residuos'... etc.
Aquí hay algunas fotos representativas de varios tipos de hormigas
haciendo varios tipos de tareas.
Pero la pregunta es: cómo es que, en cualquier momento dado,
las hormigas deciden qué tarea deben estar haciendo?
Y resulta que en realidad las hormigas cambian de una tarea a otra
de acuerdo con lo que está pasando en su ambiente.
El número de trabajadoras dedicada a cada tipo de tarea
se adapta a los cambios del ambiente
debidos al tiempo (meteorológico),
disposición de comida,
predadores, etc.
Por ejemplo, Gordon mostró que si el nido es perturbado
el número de trabajadoras en el 'mantenimiento del nido' se incrementará
y el número de 'recolectoras' disminuirá.
Más hormigas se están encargando
de la tarea de 'mantener el nido' cuando es necesario
y menos hormigas se están dedicando a la tarea de rebuscar comida.
Ella fue capaz de hacer este experimento al poner palillos de dientes
en distintos sitios alrededor del nido
y a las hormigas no les gustó esto, evidentemente.
Así que el número de trabajadoras en el mantenimiento del nido
se incrementó para deshacerse de los palillos.
También descubrió que si el suministro de comida es grande y de calidad
el número de buscadoras de comidas se incrementará.
En resumen: las hormigas son capaces de escoger sus tareas
de acuerdo con qué tareas requieren más atención.
Y también atienden a cuántas de las otras hormigas ya están haciendo estas tareas.
Cómo hacen esto?
Lo que es evidente es que las hormigas (individuales) no son capaces
de formarse una idea general sobre qué está pasando en su ambiente.
Sólo interactúan de forma local con otras hormigas
y tienen que aprender qué está pasando a nivel global
a partir de un número limitado de interacciones,
de forma similar a los otros sistemas autoorganizados que hemos visto.
Aquí está la pregunta en una palabra:
¿Cómo decide una hormiga individual qué tarea adoptar
como respuesta a las condiciones ambientales a escala del hormiguero,
incluso aunque ninguna hormiga dirige la decisión de ninguna otra hormiga
y cada hormiga interactúa sólo con un número pequeño de otras hormigas?
Aquí está lo que Gordon descubrió haciendo experimentos exhaustivos:
Descubrió que las hormigas deciden adoptar una tarea particular
como 'busca de comida' o 'vigilancia' o 'mantenimiento del hormiguero'
en función de dos cosas: 1) Lo que se encuentran en los alrededores,
y 2) su frecuencia de interacción con hormigas desempeñando diferentes tareas.
Una hormiga puede encontrarse un palillo de dientes
o cualquier otro escombro en su hormiguero
y posiblemente las haga cambiar para hacer 'mantenimiento del hormiguero'.
Pero también se ven influenciadas por qué otras hormigas se encuentran.
Gordon descubrió que las hormigas pueden realmente decir
qué trabajo ha estado haciendo otra hormiga
detectando residuos químicos en sus anteas,
en las antenas de otras hormigas.
Aquí hay un pequeño vídeo que el equipo de investigación de Deborah Gordon
filmó utilizando un videoscopio dentro de un hormiguero.
Y aquí puedes ver hormigas saliendo y entrando en el hormiguero.
Y de hecho tocándose las unas a las otras con sus antenas.
Y de este modo pueden sentir
qué trabajo ha estado haciendo la otra hormiga.
Si las hormigas que salen del nido perciben a muchas recolectoras volviendo con comida
entonces ellas adoptarán la tarea de recolectora más probablemente.
Así que las hormigas funcionan como pequeñas estadísticas.
Miden la frecuencia de interacción con las hormigas que se encuentran
desempeñando diferentes tareas.
Esas frecuencias son algunas de las cosas que utilizan
para decidir qué tarea adoptar.
No está claro cómo el cerebro de una hormiga es capaz de hacer esto,
Pero, según los datos que Gordon y sus colegas han obtenido,
parece que esto es exactamente lo que las hormigas están haciendo de alguna forma.
Aquí hay un pequeño puzzle:
Gordon y sus colaboradores descubrieron que las colonias grandes
son más deterministas y consistentes en la asignación de tareas
que las colonias más pequeñas.
Por qué crees que esto es así?
Detén el vídeo por un minuto y piensa sobre ello.
Por qué una colonia más grande debería ser en algún sentido
mejor en la asignación óptima de tareas de forma determinista y consistente,
frente a colonias más pequeñas?
La hipótesis que Gordon y sus colegas han propuesto es que
las hormigas en colonias más grandes pueden obtener mejores estadísticas
sobre las frecuencias de interacción
porque tienen más muestras.
Cada hormiga tiene de media más muestras
de interacciones con otras hormigas,
y así consiguen mejores estadísticas.
Así que la próxima vez que veas hormigas
en la cocina, en el baño, o afuera en tu jardín;
o incluso trepando por tu pierna,
simplemente recuerda que
las hormigas son unas pequeñas y brillantes estadísticas.
Piensa lo bueno que sería si pudiéramos tomar ventaja
de sus grandes habilidades estadísticas.