Colônias de formigas se comportam como redes neurais ao tomar decisões

Apr 29, 2023

As temperaturas estão subindo e uma colônia de formigas logo terá que tomar uma decisão coletiva. Cada formiga sente o calor crescente sob seus pés, mas continua como de costume até que, de repente, as formigas invertem o curso. Todo o grupo sai correndo como um só. Foi tomada a decisão de evacuar. É quase como se a colônia de formigas tivesse uma mente coletiva maior.

Um novo estudo sugere que, de fato, as formigas como um grupo se comportam de maneira semelhante às redes de neurônios em um cérebro.

Daniel Kronauer, da Rockefeller, e o associado de pós-doutorado Asaf Gal desenvolveram uma nova configuração experimental para analisar meticulosamente a tomada de decisões em colônias de formigas. Conforme relatado no Proceedings of the National Academy of Sciences, eles descobriram que quando uma colônia evacua devido ao aumento das temperaturas, sua decisão é uma função tanto da magnitude do aumento de calor quanto do tamanho do grupo de formigas.

As descobertas sugerem que as formigas combinam informações sensoriais com os parâmetros de seu grupo para chegar a uma resposta de grupo – um processo semelhante a computações neurais que dão origem a decisões.

"Fomos pioneiros em uma abordagem para entender a colônia de formigas como um sistema cognitivo que percebe entradas e as traduz em saídas comportamentais", diz Kronauer, chefe do Laboratório de Evolução Social e Comportamento. “Este é um dos primeiros passos para realmente entender como as sociedades de insetos se envolvem na computação coletiva”.

Em seu nível mais básico, a tomada de decisão se resume a uma série de cálculos destinados a maximizar os benefícios e minimizar os custos. Por exemplo, em um tipo comum de tomada de decisão chamado limiarização da resposta sensorial, um animal precisa detectar uma entrada sensorial, como o calor, além de um certo nível para produzir um determinado comportamento custoso, como se afastar. Se o aumento da temperatura não for grande o suficiente, não valerá o custo.

Kronauer e Gal queriam investigar como esse tipo de processamento de informações ocorre no nível coletivo, onde a dinâmica de grupo entra em ação. Eles desenvolveram um sistema no qual podiam perturbar com precisão uma colônia de formigas com aumentos de temperatura controlados. Para rastrear as respostas comportamentais de formigas individuais e de toda a colônia, eles marcaram cada inseto com pontos de cores diferentes e seguiram seus movimentos com uma câmera de rastreamento.

Como os pesquisadores esperavam, colônias de tamanho definido de 36 operárias e 18 larvas evacuaram seu ninho de forma confiável quando a temperatura atingiu cerca de 34°C. Essa descoberta faz sentido intuitivamente, diz Kronauer, porque "se você ficar muito desconfortável, você vai embora".

No entanto, os pesquisadores ficaram surpresos ao descobrir que as formigas não estavam apenas respondendo à própria temperatura. Quando aumentaram o tamanho da colônia de 10 para 200 indivíduos, a temperatura necessária para desencadear a decisão de desocupar aumentou. Colônias de 200 indivíduos, por exemplo, resistiram até que as temperaturas passassem dos 36°C. "Parece que o limite não é fixo. Em vez disso, é uma propriedade emergente que muda dependendo do tamanho do grupo", diz Kronauer.

As formigas individuais desconhecem o tamanho de sua colônia, então como sua decisão pode depender disso? Ele e Gal suspeitam que a explicação tenha a ver com a forma como os feromônios, os mensageiros invisíveis que passam informações entre as formigas, aumentam seu efeito quando mais formigas estão presentes. Eles usam um modelo matemático para mostrar que tal mecanismo é plausível. Mas eles não sabem por que colônias maiores exigiriam temperaturas mais altas para fazer as malas. Kronauer arrisca que pode ser simplesmente que quanto maior o tamanho da colônia, mais oneroso é realocar, elevando a temperatura crítica para a qual ocorrem as realocações.

Em estudos futuros, Kronauer e Gal esperam refinar seu modelo teórico do processo de tomada de decisão na colônia de formigas, interferindo em mais parâmetros e vendo como os insetos reagem. Por exemplo, eles podem adulterar o nível de feromônios no recinto das formigas ou criar formigas geneticamente alteradas com diferentes habilidades para detectar mudanças de temperatura. "O que conseguimos fazer até agora foi perturbar o sistema e medir a saída com precisão", diz Kronauer. "A longo prazo, a ideia é fazer engenharia reversa do sistema para deduzir seu funcionamento interno cada vez com mais detalhes."