Um formigueiro pode parecer um aglomerado de corpos minúsculos que se movem independentemente uns dos outros.
Mas de vez em quando acontece algo incrível: a maioria da colônia se torna ativa quase instantaneamente.
Esses surtos repentinos de atividade, conhecidos como picos de atividade, são seguidos por períodos de relativa calma.
Os cientistas comparam esses flashes às transições de fase de sistemas físicos e os observam há décadas, mas como isso é possível? muitas formigas A sincronização sem um líder permanece incerta.
Um novo modelo matemático descrito em um estudo publicado no periódico PRX Vida , sugere que as colônias de formigas começam repentinamente a se sincronizar após atingirem um ponto crítico.
Até este ponto, as formigas se movem independentemente. Mas assim que a colônia atravessa esta área, uma única formiga pode desencadear uma onda de atividade em todo o formigueiro.
«"A sincronização não depende de nenhum indivíduo em particular; qualquer formiga pode agir como a primeira a se mover", afirma o biólogo Simon Garnier, do Instituto de Tecnologia de Nova Jersey, em um artigo publicado pela Sociedade Americana de Física.
O modelo foi desenvolvido em colaboração com a Garnier, o engenheiro mecânico da Universidade de Nova York, Michael Napoli, e o engenheiro de sistemas urbanos Maurizio Porfiri.
«"Em nosso modelo, o surgimento de ritmos de atividade depende fortemente de dois fatores principais: a colônia deve ser responsiva à atividade de um indivíduo — ser sensível ao contágio social — e esse indivíduo deve disseminar a atividade muito mais rapidamente do que a escala de tempo dos picos de atividade", disse Napoli ao ScienceAlert.
«"Essa descoberta oferece informações sobre outros sistemas complexos onde podem ocorrer picos de atividade, mas eles não são mantidos, e a ausência de um desses dois componentes interrompe a sincronização.".
As colônias de formigas contêm um número surpreendente de operárias inativas, mas encontrar uma operária em movimento pode levar uma delas a começar a se movimentar.
Os modelos anteriores representavam essa atividade social como uma probabilidade. O novo modelo também leva em consideração os contatos físicos necessários para a disseminação da atividade.
Neste modelo, as formigas alternam entre três estados: ativo, inativo e resistente ao estresse.
Formigas ativas se movimentam e podem mobilizar formigas próximas. Formigas inativas permanecem imóveis, mas podem ser estimuladas a entrar em ação. Formigas estáveis permanecem imóveis e temporariamente incapazes de se ativar, evitando surtos indefinidos de atividade.
Os parâmetros do modelo foram baseados em medições anteriores.
Durante a simulação, a atividade diminuiu e depois se espalhou quando as formigas se moviam muito lentamente ou se encontravam com pouca frequência.
Mas quando a velocidade, a densidade ou o alcance das interações ultrapassavam um limite crítico, os encontros tornavam-se tão frequentes que a atividade de uma única formiga se espalhava por toda a colônia.
Napoli compara esse efeito a uma transição de fase física, como o congelamento da água, mas enfatiza uma limitação fundamental.
«"A transição determina se haverá um aumento repentino de casos, não se haverá um aumento repentino no próximo período de tempo", disse ele.
Assim, o modelo não consegue prever com precisão quando uma colônia quiescente passará para um estado ativo. Ele determina se a colônia está em um estado capaz de produzir rajadas sincronizadas de atividade.
Como, então, a atividade de uma formiga pode se espalhar por todo o ninho antes de se extinguir?
«"Este é talvez o resultado mais interessante do artigo", disse Napoli.
Estudos anteriores demonstraram que as colônias de formigas podem se comportar como redes neurais ao tomar decisões coletivas e coordenar suas ações como um "superorganismo" ao responder a ameaças.
«"Descobrimos que os picos de atividade no modelo surgem de uma diferença significativa na escala de tempo entre o movimento da formiga que propaga a atividade e o ciclo de transições comportamentais que determina o período do pico", disse Napoli.
«"Essa separação de escalas de tempo cria as condições necessárias para a persistência de surtos de atividade e é comparável a muitos fenômenos de tomada de decisão em cascata em sistemas biológicos.".
Em outras palavras, as interações facilitam a propagação da atividade muito mais rapidamente do que a colônia percorre seu ciclo geral de atividade e repouso. Isso permite que as formigas, iniciadas por um indivíduo, se movam de uma colônia para outra sem a intervenção de um líder.
Os picos de atividade simulados foram, em geral, consistentes com as observações descritas em estudos anteriores. No entanto, o novo estudo teve uma abordagem mais matemática do que experimental, e testes com formigas vivas estão em andamento.
«Atualmente, estão sendo realizados experimentos e os dados estão sendo analisados para testar o modelo com base em fatos reais.” dados sobre formigas»"Napoli disse ao ScienceAlert.".
«"Estamos particularmente interessados em avaliar a proximidade da colônia a um limiar no qual surtos de atividade podem servir como plataforma para a disseminação extremamente rápida de informações dentro do ninho.".
Os resultados podem revelar o quão próximas as colônias vivas estão desse limiar e se as explosões facilitam a transferência eficiente de informações. Quaisquer vantagens evolutivas permanecem desconhecidas.
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Um estudo de 2023 baseado em modelagem sugeriu que o movimento sincronizado poderia melhorar o acesso ao interior de ninhos lotados, reduzindo os obstáculos criados por formigas inativas.
No entanto, um estudo de 2017 descobriu que ciclos de atividade de curto prazo podem dificultar a transferência de informações quando a inatividade sincronizada interrompe as sequências de contato físico entre os trabalhadores.
Assim, picos de atividade podem envolver concessões entre movimento, comunicação, consumo de energia e organização do trabalho.
Os resultados do estudo foram publicados em Revista PRX Life .
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