Podobnie jak mózg, kolonia mrówek działa bez centralnej kontroli. Każda z nich to zestaw oddziałujących osobników, neuronów lub mrówek, wykorzystujących proste interakcje chemiczne, które łącznie generują ich zachowanie. Ludzie używają mózgów, by pamiętać. Czy kolonie mrówek mogą to zrobić? To pytanie prowadzi do kolejnego pytania: czym jest pamięć? Dla ludzi pamięć to zdolność przypomnienia sobie czegoś, co wydarzyło się w przeszłości. Prosimy również komputery o odtworzenie wcześniejszych działań - połączenie idei komputera jako mózgu i mózgu, ponieważ komputer sprawił, że „pamięć” oznaczała coś w rodzaju informacji przechowywanych na dysku twardym. Wiemy, że nasza pamięć zależy od zmian w tym, jak bardzo zestaw połączonych neuronów stymuluje się nawzajem; że w jakiś sposób jest wzmocnione podczas snu; i że pamięć niedawna i długoterminowa obejmuje różne obwody połączonych neuronów. Ale wciąż wiele nie wiemy o tym, jak te zdarzenia neuronalne łączą się ze sobą, czy są przechowywane reprezentacje, których używamy do mówienia o czymś, co wydarzyło się w przeszłości, lub jak możemy nadal wykonywać wcześniej wyuczone zadanie, takie jak czytanie lub jeździć na rowerze.
Każda żywa istota może przejawiać najprostszą formę pamięci, zmianę wynikającą z przeszłych wydarzeń. Spójrz na drzewo, które straciło gałąź. Pamięta, jak rośnie wokół rany, pozostawiając ślady na strukturze kory i kształcie drzewa. Możesz być w stanie opisać ostatnią grypę lub nie. Tak czy inaczej, w pewnym sensie twoje ciało „pamięta”, ponieważ niektóre twoje komórki mają teraz różne przeciwciała, receptory molekularne, które pasują do tego konkretnego wirusa.
Przeszłe wydarzenia mogą zmienić zachowanie zarówno pojedynczych mrówek, jak i kolonii mrówek. Poszczególne mrówki stolarskie oferowały cukier przez kilka minut, pamiętając jego lokalizację; prawdopodobnie wrócą tam, gdzie było jedzenie. Inny gatunek, mrówka z Sahary, meandruje wokół jałowej pustyni, szukając pożywienia. Wygląda na to, że mrówka tego gatunku pamięta, jak daleko się posunęła lub ile kroków zrobiła od ostatniego pobytu w gnieździe.
Kolonia czerwonych mrówek pamięta swój system szlaków prowadzący do tych samych drzew rok po roku, chociaż żadna mrówka tego nie robi. W lasach Europy żerują na wysokich drzewach, aby żerować na odchodach mszyc, które z kolei żywią się drzewem. Ich gniazda to ogromne kopce igliwia sosnowej, usytuowane w tym samym miejscu od dziesięcioleci, zajmowane przez wiele pokoleń kolonii. Każda mrówka zmierza tą samą ścieżką każdego dnia do tego samego drzewa. Podczas długiej zimy mrówki zbierają się pod śniegiem. Rainer Rosengren, fiński myrmekolog, pokazał, że kiedy mrówki pojawiają się na wiosnę, starsza mrówka wychodzi z młodą na zwykły ślad starszej mrówki. Starsza mrówka umiera, a młodsza mrówka przyjmuje ten szlak jako własny, prowadząc w ten sposób kolonię do zapamiętania lub odtworzenia śladów z poprzedniego roku.
Poszukiwanie w kolonii mrówek żniwiarza wymaga indywidualnej pamięci mrówek. Mrówki szukają rozproszonych nasion i nie używają sygnałów feromonowych; jeśli mrówka znajdzie nasiona, nie ma sensu rekrutować innych, ponieważ w pobliżu prawdopodobnie nie będzie innych nasion. Zbieracze podróżują szlakiem, który może rozciągać się do 20 metrów od gniazda. Każda mrówka opuszcza szlak i wyrusza w poszukiwaniu jedzenia. Szuka, aż znajdzie ziarno, a następnie wraca na ślad, może wykorzystując kąt światła słonecznego jako przewodnik, aby powrócić do gniazda, podążając za strumieniem wychodzących zbieraczy. Po powrocie do gniazda sieczkarnia opuszcza swoje nasiona i jest stymulowana do opuszczenia gniazda przez tempo, w jakim spotyka innych sieczkarni powracających z jedzeniem. Podczas następnej podróży pozostawia szlak mniej więcej w tym samym miejscu, aby ponownie wyszukać.
Spotkania z mrówkami: sieci interakcji i zachowanie kolonii (startery w złożonych systemach)
Jak kolonie mrówek coś robią, skoro nikt nie dowodzi? Kolonia mrówek działa bez centralnej kontroli lub hierarchii i żadna mrówka nie kieruje inną. Zamiast tego mrówki decydują o tym, co robić na podstawie szybkości, rytmu i wzorca pojedynczych spotkań i interakcji - w wyniku czego powstaje dynamiczna sieć koordynująca funkcje kolonii. Ant Encounters zapewnia odkrywcze i dostępne spojrzenie na zachowanie mrówek z tej złożonej perspektywy systemowej.
KupowaćKażdego ranka zmienia się kształt obszaru żerowania kolonii, jak ameba, która się rozszerza i kurczy. Żadna indywidualna mrówka nie pamięta obecnego miejsca kolonii w tym wzorze. Podczas pierwszej wyprawy każdego zbieracza ma tendencję do wychodzenia poza pozostałe mrówki podróżujące w tym samym kierunku. W rezultacie powstaje fala, która sięga dalej w miarę upływu dnia. Fala stopniowo ustępuje, ponieważ mrówki odbywające krótkie wycieczki do miejsc w pobliżu gniazda wydają się ostatnimi, które się poddają.
Z dnia na dzień zachowanie kolonii zmienia się, a to, co dzieje się jednego dnia, wpływa na następny. Przeprowadziłem serię eksperymentów perturbacyjnych. Wystawiłem wykałaczki, że robotnicy musieli się odsunąć, albo zablokowałem szlaki, aby zbieracze musieli ciężko pracować, lub stworzyli zamieszanie, które patrolerzy starali się odeprzeć. Każdy eksperyment wpływał bezpośrednio tylko na jedną grupę pracowników, ale aktywność innych grup pracowników uległa zmianie, ponieważ pracownicy jednego zadania decydują, czy być aktywni, w zależności od liczby krótkich spotkań z pracownikami innych zadań. Po zaledwie kilku dniach powtarzania eksperymentu kolonie nadal zachowywały się tak, jak wtedy, gdy były zakłócone, nawet po ustaniu zaburzeń. Mrówki zmieniły zadania i pozycje w gnieździe, więc wzorce spotkania zajęły trochę czasu, aby powrócić do stanu niezakłóconego. Żadna indywidualna mrówka nic nie pamiętała, ale w pewnym sensie kolonia tak.
Kolonie żyją przez 20-30 lat, za życia samotnej królowej, która produkuje wszystkie mrówki, ale pojedyncze mrówki żyją najwyżej rok. W odpowiedzi na zaburzenia zachowanie starszych, większych kolonii jest bardziej stabilne niż młodszych. Jest również bardziej homeostatyczny: im większa jest skala zakłóceń, tym bardziej prawdopodobne jest, że starsze kolonie koncentrowały się na poszukiwaniu pożywienia niż na reagowaniu na problemy, które stworzyłem; podczas gdy im gorzej, tym bardziej młodsze kolonie reagowały. Krótko mówiąc, starsze, większe kolonie wyrastają, by działać mądrzej niż młodsze mniejsze, mimo że starsza kolonia nie ma starszych, mądrzejszych mrówek.
Mrówki wykorzystują tempo, w jakim się spotykają i wąchają inne mrówki lub chemikalia osadzone przez inne mrówki, aby zdecydować, co dalej. Neuron wykorzystuje szybkość, z jaką jest stymulowany przez inne neurony, aby zdecydować, czy strzelić. W obu przypadkach pamięć powstaje w wyniku zmian w połączeniu mrówek lub neuronów i wzajemnej stymulacji. Jest prawdopodobne, że zachowanie kolonii dojrzewa, ponieważ rozmiar kolonii zmienia szybkość interakcji między mrówkami. W starszej, większej kolonii każda mrówka ma więcej mrówek do spełnienia niż w młodszej, mniejszej, a wynik jest bardziej stabilny. Być może kolonie pamiętają zamieszki z przeszłości, ponieważ zmieniły lokalizację mrówek, prowadząc do nowych wzorców interakcji, które mogą nawet wzmocnić nowe zachowanie w ciągu nocy, gdy kolonia jest nieaktywna, podobnie jak nasze własne wspomnienia są utrwalane podczas snu. Zmiany w zachowaniu kolonii spowodowane przeszłymi wydarzeniami nie są zwykłą sumą wspomnień mrówek, podobnie jak zmiany w tym, co pamiętamy i co mówimy lub robimy, nie są prostym zestawem transformacji, neuron przez neuron. Zamiast tego twoje wspomnienia są jak kolonia mrówek: żaden konkretny neuron niczego nie pamięta, chociaż robi to twój mózg. 
Ten artykuł został pierwotnie opublikowany w Aeon i został ponownie opublikowany na licencji Creative Commons.
Deborah M. Gordon jest profesorem biologii na Stanford University w Kalifornii. Pisała o swoich badaniach do publikacji takich jak Scientific American i Wired . Jej najnowsza książka to Ant Encounters: Interaction Networks and Colony Behaviour (2010).
