Deborah Gordon fala sobre formigas

Eu estudo formigas, e faço isto porque gosto de estudar a respeito de como organizações funcionam. E em particular, como as partes mais simples destas organizações interagem para criar um comportamento na organização como um todo. Bem, colônicas de formigas são um bom exemplo de organizações deste tipo, e existem muitos outros exemplos. A rede é um. Existem muitos sistemas biológicos assim -- cérebros, células, embriões em desenvolvimento.

Existem cerca de 10.000 espécies de formigas. Elas vivem em colônias com uma ou algumas rainhas, e todas as formigas que você vê andando por aí são fêmeas estéreis. E todas estas colônias têm uma característica em comum: não há controle central. Ninguém diz a ninguém o que fazer. A rainha só bota os ovos. Não existe gerenciamento. Nenhuma formiga comanda o comportamento de nenhuma outra formiga. E eu tentei descobrir como isto funciona. E eu tenho estudado nos últimos 20 anos uma população de formigas comedoras de sementes no sudeste do Arizona.

Este é o meu local de estudo. Na verdade é uma foto de formigas, e um coelho estava lá por acaso. E estas formigas são chamadas coletoras porque elas comem sementes. Este é o ninho de uma colônia madura, e ali está a entrada. E elas colhem por mais ou menos 20 metros de distância, juntam as sementes e as trazem de volta ao ninho, e as armazenam. E todo ano eu vou lá e faço um mapa do meu local de estudo. É apenas uma estrada. E não é muito grande. tem cerca de 250 por 400 metros. E cada uma tem um nome, que é um número. E está pintado numa pedra. E eu vou lá uma vez por ano e verifico todas as colônias que estavam vivas no ano anterior, e vejo quais morreram, e coloco as novas no mapa. E fazendo isto sei que idade elas têm. e por causa disto, pude estudar como seu comportamento muda conforme ficam mais velhas e maiores.

Então quero falar sobre o ciclo de vida de uma colônia. Formigas nunca fazem mais formigas, colônias fazem mais colônias. E fazem isto enviando reprodutores a cada ano -- aquelas formigas com asas -- num voo de acasalamento. Então todos os anos, no mesmo dia -- e é um mistério como isto acontece -- cada colônia envia rainhas aladas e virgens, e os machos, e eles voam para um lugar em comum. E ele acasalam. E isto mostra uma rainha recentemente virgem. Aí estão suas asas. E elas está acasalando com este macho, e tem outro macho em cima, esperando sua vez. Frequentemente as rainhas acasalam mais de uma vez. E depois, os machos todos morrem. Acabou pra eles.

(Risos)

E então, as rainhas que acabaram de acasalar voam pra algum lugar, deixam suas asas caírem, cavam um buraco no chão e começam a botar ovos nele. E elas vivem por 15 ou 20 anos, sempre botando ovos usando o esperma daquele acasalamento original. Então as rainhas vão lá para dentro. Põe ovos, alimentas as larvas -- portanto, uma formiga começa como ovo e depois vira larva. Ela alimenta as larvas regurgitando a partir de suas reservas de gordura. Então, as primeiras formigas -- o primeiro grupo de formigas -- que emergem, elas são larvas. Depois são pupas. E elas depois se tornam formigas adultas. Elas saem, vão colher comida, elas cavam o ninho, E a rainha nunca mais sai.

Então este é um ninho de um ano de idade -- este é o ninho 536. Ali está a entrada, ali está um lápis para servir de escala. Esta é, portanto, uma colônia fundada por uma rainha no verão anterior. Esta é uma colônia de três anos de idade. Ali está a entrada, e o lápis para servir de escala Elas fazem um depósito de resíduos -- na maior parte feito das cascas das sementes que comem. Esta uma colônia de cinco anos. Esta é a entrada, e aí está o lápis para servir de escala. Isto é o maior tamanho a que chegam, cerca de um metro de diâmetro. E assim é como o tamanho e os números de uma colonia mudam -- chegam a cerca de 10.000 formigas trabalhadoras -- mudam conforme uma colônia fica mais velha. Começa com zero formigas, apenas a rainha fundadora, e cresce chegando a 10 ou 12 mil formigas quando a colônia chega aos cinco anos. E fica deste tamanho até a rainha morrer e não tem ninguém pra fazer mais formigas, quando ela tem 15 ou 20 anos. E quando atinge um tamanho estável, em número de formigas, elas começam a se reproduzir. Ou seja, enviar mais rainhas aladas e machos para o voo de acasalamento daquele ano. E eu sei como o tamanho da colônia muda em função de sua idade, porque eu escavei colônias de idade conhecida e contei todas as formigas. Esta não é a parte mais divertida da pesquisa, mas é interessante.

(Risos)

A questão que me atenho quando penso sobre estas formigas é a alocação de tarefas. Isto não é apenas a forma como a colônia está organizada, mas como ela muda o que está fazendo. Como é que a colônia consegue ajustar o número de trabalhadoras em cada tarefa conforme mudam as condições. Portanto, coisas acontecem para uma colônia de formigas. Quando chove no verão, inunda o deserto. E isto causa muito estrago no ninho, e são necessárias formigas a mais para limpar a bagunça. Quando mais comida se torna disponível -- e isto é o que todos sabem sobre os piqueniques -- então formigas extras são alocadas na coleta de comida. Portanto, sem que ninguém mande em ninguém, como é que a colônia se gerencia para ajustar o número de formigas em cada tarefa? E este é o processo que eu chamo de alocação de tarefas.

E em formigas coletoras, eu divido as tarefas das formigas que vejo fora do ninho nestas quatro categorias: quando a formiga está coletando, quando está fora na trilha de coleta, buscando comida para trazer de volta. As patrulheiras -- isto deveria se parecer com uma lente de aumento -- são um grupo interessante que sai muito cedo pela manhã antes das coletoras acordarem. Elas escolhem a direção que as coletoras vão usar, e por voltar -- simplesmente pelo fato de voltar -- elas dizem às coletoras que é seguro sair. E depois as trabalhadoras que fazem a manutenção dentro do ninho, e quero dizer que os ninhos parecem um pouco a casa de Bill Lishman. Isto é, existem câmaras, elas endurecem as paredes das câmaras com solo umedecido e isto seca e fica com um acabamento parecido com adobe. Também se parece com algumas daquelas casas nas cavernas dos índios Hopi daquela área. E os encarregados da manutenção fazem isto dentro do ninho, e eles saem do ninho carregando pedacinhos de solo seco nas mandíbulas. Por isso você vê os trabalhadores da manutenção vinho pra fora com um pouquinho de areia, colocam no chão, voltam pra trás e retornam pra dentro. E finalmente, as formigas lixeiras colocam algum químico territorial no lixo. O que você vê as lixeiras fazerem é uma pilha de refugos. Num dia estão todos ali, e no dia seguinte eles a movem um pouco para lá, e depois movem de volta. E isto é o que eles fazem. E estes quatro grupos são as formigas fora do ninho. E isto é cerca de 25 por cento da colônia, e elas são as formigas mais velhas.

Então, uma formiga começa em algum lugar perto da rainha. E quando escavamos os ninhos, vemos que eles são tão profundos quanto são largos, cerca de um metro de profundidade para os ninhos grandes e velhos. E então tem outro túnel longo e uma câmara, onde encontramos a rainha, depois de oito horas procurando na rocha com enxadas. Eu não acho que a câmara evoluiu por minha causa ou do minha escavadora e meu grupo de estudantes com enxadas, mas porque quando ocorrem inundações, a colônia tem que ir bem fundo. Então tem esta rede de câmaras. A rainha está lá, em algum lugar, ela só bota ovos. E tem as larvas, e elas consomem a maior parte da comida. E isto é verdade para a maioria das formigas -- as formigas que você vê por aí não comem muito. Elas trazem tudo de volta e dão para as larvas. Quando as coletoras entram com a comida, elas a deixam cair na câmara superior, e outras formigas vem de baixo, pegam a comida, trazem pra dentro, descascam as sementes e as empilham. Estas são formigas de manutenção trabalhando em todo o ninho. E curiosamente, e interessantemente, parece que a qualquer momento metade das formigas na colônia não está fazendo nada. Então apesar do que diz a Bíblia, sobre, você sabe, "Veja a formiga, seu preguiçoso," na verdade, você pode pensar nelas como reservistas. Isto é, se alguma coisa acontece -- e eu nunca vi isto acontecer, mas eu estou estudando há apenas 20 anos -- se alguma coisa acontecer, elas podem vir pra fora se forem requisitadas. Mas na verdade, elas estão só descansando lá.

E acho que esta é uma questão muito interessante -- o que existe no jeito como as colônias estão organizadas que dá alguma função à reserva de formigas que não faz nada? E elas servem de proteção no meio das formigas de dentro do ninho e das que trabalham do lado de fora. E se você marcar as formigas que trabalham do lado de fora, e escava uma colônia, você nunca as verá numa camada muito profunda. O que ocorre é que as formigas que trabalham do lado de dentro dão mais novas. Elas estão na reserva. E um dia elas são recrutadas para se juntar à força exterior. E depois que elas se juntam às formigas que saem, elas nunca voltam para o fundo novamente. As formigas -- a maioria, incluindo estas, não enxergam muito bem. Elas têm olhos, elas distinguem entre claro e escuro, mas elas trabalham pelo olfato. Portanto, só para reforçar o que você deve ter pensado sobre as rainhas, não é verdade -- mesmo que a rainha tivesse a inteligência para enviar mensagens químicas através de toda a rede de câmaras para as formigas de fora, sobre o que devem fazer, não tem jeito destas mensagens chegarem a tempo de ver as mudanças de alocação dos trabalhadores que nós vemos de fato do lado de fora do ninho. Então esta é uma forma através da qual sabemos que a rainha não está dirigindo o comportamento da colônia.

Da primeira vez que eu comecei a trabalhar com alocação de tarefas, a minha primeira dúvida era, "Qual a relação entre as formigas fazendo tarefas diferentes? Será que interessa para as coletoras o que as de manutenção estão fazendo? Será que interessa para as lixeiras o que as patrulheiras estão fazendo?" E eu estava trabalhando no contexto de uma visão das colônias na qual cada formiga estava, de algum modo, dedicada a sua tarefa desde do nascimento e meio que atuava de forma independente das outras, sabendo seu lugar na linha de montagem. E eu queria perguntar, "De que forma estes grupos de tarefas são independentes?"

Então fiz experimentos nos quais mudei uma coisa. Por exemplo, criei mais trabalho para as formigas de manutenção colocando uma pilha de palitos de dente perto da entrada, bem cedinho, quando as formigas de manutenção estão ativas. E isto é o que aconteceu depois de 20 minutos. E isto depois do 40 minutos. E elas levaram todos os palitos para os limites do montinho do ninho e deixaram lá. E o que eu queria saber era, "Ok, esta é uma situação na qual mais formigas de manutenção foram recrutadas -- mas será que isto influencia as formigas que atuam em outras tarefas?" E então repetimos os experimentos com as formigas marcadas. Estas são algumas formigas de manutenção, pintadas de azul E depois elas ficaram mais sofisticadas e ficamos com este sistema de 3 cores. E pudemos marca-las individualmente, para que pudéssemos saber qual é qual. Começamos com tinta de aeromodelismo e depois encontramos estas canetinhas japonesas, e elas serviram muito bem. E, para resumir os resultados, as tarefas diferentes são interdependentes. Então se eu mudo o número de formigas numa tarefa, isto muda o número noutra. Se, por exemplo, eu faço uma bagunça que as formigas de manutenção têm que limpar, eu passo a ver menos formigas coletando. E isto se mostrou verdade para todos os pares de tarefas.

E o segundo resultado, o qual surpreendeu muita gente, foi que as formigas podem, na verdade, trocar de tarefa. A mesma formiga não faz a mesma coisa sua vida inteira. Por exemplo, se eu coloca comida extra, todo os outros -- as lixeiras param de lidar com o lixo e vão pegar a comida, elas se tornam coletoras. As formigas de manutenção se tornam coletoras. As patrulheiras se tornam coletoras. Mas nem todas as transições são possíveis. E isto nos mostra como tudo funciona. Como eu disse, se tem comida pra ser coletada, as patrulheiras, as lixeiras, as da manutenção, todas se tornam coletoras. Se existe patrulhamento a ser feito -- porque eu criei alguma perturbação, então mais patrulheiras são necessárias -- as formigas de manutenção vão se tornar patrulheiras. Mas se mais formigas de manutenção são necessárias -- por exemplo: se eu ponho um montinho de palitos de dente -- então ninguém vai se tornar formiga de manutenção, elas têm de pegar formigas de manutenção de dentro do ninho. Então a coleta atua como um ralo, e as formigas de dentro atuam como uma fonte. E, finalmente, a cada momento cada formiga decide se está ativa ou não.

Se, por exemplo, tem trabalho extra de manutenção a ser feito, as coletoras não trocam de função. Eu sei que elas não fazem isto. Mas elas decidem, de algum modo, não sair. E este é o resultado mais intrigante: a alocação de tarefas. Este processo muda conforme a idade da colônia, e muda desta forma. Quando faço estes experimentos com colônias mais antigas -- as que tem cinco anos ou mais -- elas são muito consistentes de uma vez para outra. E muito mais homeostáticas. Quanto pior as coisas estejam, quanto mais eu as perturbo, mas elas agem como colônias tranquilas. Enquanto as novas, pequenas colônias -- as de dois anos de idade, de apenas 2000 formigas -- são muito mais variáveis. E o mais interessante é que a formiga vive apenas um ano. Pode ser este ano, ou este. Então, as formigas nas colônias mais antiga que parecem ficar mais estáveis não são mais velhas que as de uma colônia mais jovem. Não é por causa de formigas mais experientes ou mais sábias. Ao invés disso, é algo a respeito de sua organização deve estar mudando conforme as colônias ficam mais velhas. E a coisa óbvia que está mudando com é o seu tamanho.

Bem, já que obtive este resultado, gastei bastante tempo tentando descobrir que tipo de regras decisórias -- regras muito simples, locais, provavelmente olfativas ou químicas que uma formiga pode estar usando, já que nenhuma formiga consegue ter acesso à situação global -- que correspondesse ao resultado que eu vejo. este dinâmica previsível, de quem faz o que. E que mudaria conforme uma colônia fica maior. E o que descobri é que as formigas usam uma rede de contatos pelas antenas. Qualquer um que já viu formigas, já as viu tocarem suas antenas. Elas cheiram com suas antenas. Quando uma toca a outra, ela a está cheirando. E ela pode dizer, por exemplo, se a outra formiga é uma companheira de ninho, porque formigas cobrem uma a outra quando se limpam com uma camada de gordura que carrega um odor específico daquela colônia. E descobrimos que uma formiga usa o padrão de seus contatos de antena, a frequência que encontra formigas de outras tarefas, para decidir o que fazer. Então qual é a mensagem, não é nenhuma mensagem que elas transmitem uma para outra, mas o padrão. O padrão é a mensagem. E vou falar um pouco mais sobre isto.

Mas primeiro você deve estar se perguntando, como uma formiga pode dizer -- por exemplo, sou uma coletora. Eu espero encontrar uma coletora com uma certa frequência. Mas se, ao contrário, começo a encontrar um número maior de formigas de manutenção, Provavelmente não vou coletar. Então ela tem que saber a diferença entre uma coletora e uma formiga de manutenção. E nós aprendemos isto, neste espécie -- e eu suspeito que em outras também -- estes hidrocarbonetos, esta camada de gordura no exterior das formigas é diferente conforme elas fazer tarefas diferentes. E fizemos experimentos que provaram isto. isto ocorre porque quanto mais uma formiga fica fora, mais estes hidrocarbonetos em seu exterior mudam, por isso elas cheiram diferente conforme fazem tarefas diferentes. E elas podem usar este odor específico em hidrocarbonetos cuticulares -- podem usa-los nos breves contatos através da antena para manter um registro da frequência dos contatos com formigas de certas tarefas. E recentemente demonstramos isto colocando um extrato de hidrocarbonetos em contas de vidro, e derramando as contas gentilmente pela entrada do ninho na frequência correta. E aconteceu que as formigas responderam ao contato nesta frequência com uma conta de vidro com o extrato de hidrocarbonetos nela, da mesma forma com que ao contato com formigas reais.

Agora gostaria de mostrar um pequeno filme -- e vai começar primeiro mostrando a entrada do ninho. A ideia é que formigas estão entrando e saindo a toda hora. Elas saem para suas várias tarefas, e a frequência com que se encontram enquanto entram e saem determina, ou influencia a decisão de cada formiga sobre sair ou não, e sobre qual tarefa adotar. Esta imagem foi capturada com um microscópio com fibra ótica. É dentro do ninho. No começo você só vê as formigas interagindo com o microscópio de fibra ótica. Mas a ideia é que elas estão lá dentro, e cada formiga experimenta um certo fluxo de formigas -- um fluxo de contatos com outras formigas. E o padrão destas interações determina se a formiga volta pra dentro, e o que ela faz quando volta. Você também pode ver isto do lado de fora da entrada do ninho. Cada formiga, quando entra, trava contato com outras formigas. E as que estão esperando perto da entrada decidindo se saem para seu próxima passeio, entram em contato com outras formigas entrando.

O que é interessante neste sistema é que ele é desordenado. É variável. É ruidoso. E, particularmente, em dois sentidos. O primeiro é que a experiência da formiga -- de cada uma -- não pode ser muito previsível. Porque a frequência com que formigas voltam depende de várias pequenas coisas que acontecem com uma formiga quando ela sai e faz suas tarefas lá fora. O segundo é que a capacidade de uma formiga de acessar este padrão deve ser muito pouco refinada, porque nenhuma formiga pode contar de forma sofisticada. Então, fazemos muitas simulações e modelagens, e também trabalho experimental, para tentar descobrir como estes dois tipos de ruído se combinam para, no todo, produzir o comportamento previsível de uma colônia de formigas.

Mas por favor, eu não quero dizer que este tipo de padrão desordenado de interações produz uma fábrica que trabalha com a precisão e eficiência de um relógio. Na verdade, se você assiste uma pouco às formigas, fica tentado a ajudá-las, porque elas nunca parecem estar fazendo as coisas exatamente do modo que você consideraria o modo certo. Então não é o caso de, a partir destes contatos desordenados, a perfeição emergir. Mas funciona muito bem. As formigas estão por há várias centenas de milhões de anos. Elas cobrem a Terra, com a exceção da Antártida. Algo que elas fazem é claramente o bastante bem sucedido para que estes contatos desordenados, no todo, produzirem algo que permite formigas produzirem mais formigas. E uma das coisas que estamos estudando é como a seleção natural está agindo neste exato momento com o intuito de definir o uso destes padrões de interação -- esta rede de padrões de interação -- de modo a aumentar a eficiência da coleta de uma colônia de formigas.

Uma coisa que quero lembrar sobre isto tudo, é que estes padrões de interação são algo que se espera que estejam conectados com o tamanho da colônia. A ideia mais simples é a de que uma formiga numa colônia pequena -- e uma numa colônia grande devem usar a mesma regra, como "devo encontrar outra coletora a cada três segundos." Mas numa colônia pequena, deve-se encontrar menos coletoras, simplesmente porque existem menos coletoras para encontrar. Este é o tipo de regra que, ao passo que a colônia se desenvolve e fica mais velha e maior, acaba produzindo um comportamento diferente em uma colônia antiga e numa mais jovem.

Obrigado.

(Aplausos)