Las colonias de hormigas se comportan como redes neuronales al tomar decisiones

Apr 29, 2023

Las temperaturas están aumentando y una colonia de hormigas pronto tendrá que tomar una decisión colectiva. Cada hormiga siente el calor creciente debajo de sus pies, pero sigue adelante como de costumbre hasta que, de repente, las hormigas cambian de rumbo. Todo el grupo sale corriendo como uno solo. Se ha tomado la decisión de evacuar. Es casi como si la colonia de hormigas tuviera una mente colectiva más grande.

Un nuevo estudio sugiere que, de hecho, las hormigas como grupo se comportan de manera similar a las redes de neuronas en un cerebro.

Daniel Kronauer de Rockefeller y el asociado postdoctoral Asaf Gal desarrollaron una nueva configuración experimental para analizar meticulosamente la toma de decisiones en las colonias de hormigas. Como se informó en las Actas de la Academia Nacional de Ciencias, descubrieron que cuando una colonia evacua debido al aumento de las temperaturas, su decisión depende tanto de la magnitud del aumento de calor como del tamaño del grupo de hormigas.

Los hallazgos sugieren que las hormigas combinan información sensorial con los parámetros de su grupo para llegar a una respuesta grupal, un proceso similar a los cálculos neuronales que dan lugar a decisiones.

"Fuimos pioneros en un enfoque para comprender la colonia de hormigas como un sistema de tipo cognitivo que percibe entradas y luego las traduce en salidas de comportamiento", dice Kronauer, director del Laboratorio de Evolución y Comportamiento Social. "Este es uno de los primeros pasos para comprender realmente cómo las sociedades de insectos se involucran en la computación colectiva".

En su nivel más básico, la toma de decisiones se reduce a una serie de cálculos destinados a maximizar los beneficios y minimizar los costos. Por ejemplo, en un tipo común de toma de decisiones llamado umbral de respuesta sensorial, un animal tiene que detectar entradas sensoriales, como el calor, más allá de cierto nivel para producir un comportamiento costoso, como alejarse. Si el aumento de la temperatura no es lo suficientemente grande, no valdrá la pena el costo.

Kronauer y Gal querían investigar cómo se produce este tipo de procesamiento de información a nivel colectivo, donde entran en juego las dinámicas de grupo. Desarrollaron un sistema en el que podían perturbar con precisión una colonia de hormigas con aumentos de temperatura controlados. Para rastrear las respuestas de comportamiento de las hormigas individuales y de toda la colonia, marcaron cada insecto con puntos de diferentes colores y siguieron sus movimientos con una cámara de seguimiento.

Como esperaban los investigadores, las colonias de un tamaño establecido de 36 obreras y 18 larvas evacuaron su nido de manera confiable cuando la temperatura alcanzó los 34 °C. Este hallazgo tiene un sentido intuitivo, dice Kronauer, porque "si te sientes demasiado incómodo, te vas".

Sin embargo, los investigadores se sorprendieron al descubrir que las hormigas no respondían simplemente a la temperatura en sí. Cuando aumentaron el tamaño de la colonia de 10 a 200 individuos, la temperatura necesaria para desencadenar la decisión de desalojo aumentó. Colonias de 200 individuos, por ejemplo, resistieron hasta que las temperaturas superaron los 36°C. "Parece que el umbral no es fijo. Más bien, es una propiedad emergente que cambia según el tamaño del grupo", dice Kronauer.

Las hormigas individuales desconocen el tamaño de su colonia, entonces, ¿cómo puede depender su decisión de ello? Él y Gal sospechan que la explicación tiene que ver con la forma en que las feromonas, los mensajeros invisibles que transmiten información entre hormigas, escalan su efecto cuando hay más hormigas presentes. Usan un modelo matemático para mostrar que tal mecanismo es plausible. Pero no saben por qué las colonias más grandes requerirían temperaturas más altas para empacar las tiendas. Kronauer se aventura a decir que podría ser simplemente que cuanto mayor sea el tamaño de la colonia, más onerosa será la reubicación, elevando la temperatura crítica por la cual ocurren las reubicaciones.

En estudios futuros, Kronauer y Gal esperan refinar su modelo teórico del proceso de toma de decisiones en la colonia de hormigas interfiriendo con más parámetros y viendo cómo responden los insectos. Por ejemplo, pueden alterar el nivel de feromonas en el recinto de las hormigas o crear hormigas modificadas genéticamente con diferentes habilidades para detectar cambios de temperatura. "Lo que hemos podido hacer hasta ahora es perturbar el sistema y medir la salida con precisión", dice Kronauer. "A largo plazo, la idea es aplicar ingeniería inversa al sistema para deducir su funcionamiento interno con más y más detalle".

- Este comunicado de prensa se publicó originalmente en el sitio web de la Universidad Rockefeller.