di Deborah M Gordondi
Studio le formiche perché mi piace pensare a come funzionano le organizzazioni, e in particolare a come le componenti semplici delle organizzazioni interagiscono per creare il comportamento dell’intera organizzazione. Le colonie di formiche sono un buon esempio di una simile organizzazione, e ce ne sono molte altre. Una è il web, ma ci sono anche molti sistemi biologici — cervelli, cellule, gli embrioni che si sviluppano. Ci sono circa 10.000 specie di formiche. Vivono tutte in colonie con una o alcune regine, e tutte le altre formiche che vedete in giro sono femmine operaie, sterili. Tutte le colonie di formiche hanno in comune l’assenza di un controllo centrale. Nessuno dice a nessuno cosa fare, la regina semplicemente deposita le uova, non c’è “gestione”, nessuna formica dirige il comportamento di un’altra formica. E io cerco di capire come funziona. Negli ultimi 20 anni ho lavorato su una popolazione di formiche mangiasemi nell’Arizona sudorientale. Quello è il mio sito di studio. Questa è una foto di formiche, il coniglio è lì per caso. Queste formiche sono chiamate raccoglitrici perché mangiano i semi. Questo è il nido della colonia matura, e li è l’entrata del nido. Possono raccogliere cibo fino ad una distanza di 20 metri, raccolgono i semi, li riportano al nido, e li immagazzinano. Ci vado ogni anno e creo una mappa del mio luogo di studio. Questa è solo una strada. E non è molto grande, è circa 250 metri da un lato, 400 dall’altro. Ogni colonia è segnata da un numero, dipinto su una roccia. Ogni anno ci vado e cerco tutte le colonie che erano vive l’anno precedente, cerco di capire quali sono morte, e metto tutte quelle nuove sulla mappa. Così facendo, conosco l’età di tutte. Così sono stata in grado di studiare come cambia il loro comportamento man mano che la colonia diventa più vecchia e grande. Voglio parlarvi del ciclo di vita di una colonia.
Le formiche non fanno altre formiche, sono le colonie a fare nuove colonie. E lo fanno mandando fuori ogni anno le formiche riproduttive –quelle con le ali– in un volo d’accoppiamento. Ogni anno, nello stesso giorno, ed è un mistero il modo esatto in cui avviene, ogni colonia manda fuori le sue regine vergini, alate, mai accoppiatesi, e i maschi. Volano insieme nello stesso posto e si accoppiano. Questo mostra una regina vergine fino a poco prima, ecco qui le sue ali. Sta accoppiandosi con questo maschio, e c’è un altro maschio in cima che aspetta il suo turno. Spesso le regine si accoppiano più di una volta. E dopo, tutti i maschi muoiono. Per loro è finita. () Poi le regine appena accoppiatesi volano da qualche parte, si disfano delle ali, scavano una buca, vanno in quel buco ed iniziano a depositare uova. E vivranno lì per 15 o 20 anni, continuando a depositare uova con lo sperma di quel primo incontro. La regina scende, deposita le uova, nutre le larve — iniziano come uova, poi diventano larve. La regina nutre le larve rigurgitando le proprie riserve di grasso. Poi, non appena emerge il primo gruppo di formiche — sono larve, poi sono pupe, poi diventano formiche adulte — escono, trovano del cibo, scavano il nido, e la regina non esce mai più. Questa è una colonia di un anno — la 536, Quella è l’entrata del nido e una matita per darvi le proporzioni. Questa è una colonia fondata da una regina l’estate precedente. Questa è una colonia di tre anni, Quella è l’entrata del nido, una matita per darvi le proporzioni– Fanno una pattumiera, una pila di rifiuti, perlopiù bucce dei semi che mangiano. Questa è una colonia di cinque anni, l’entrata del nido, e una matita. — queste sono le massime dimensioni possibili, circa un metro di diametro. E questo grafico mostra come dimensione della colonia e numero di formiche operaie — queste sono circa 10.000 — cambino in funzione dell’età della colonia, espressa in anni. Comincia con zero formiche, solo la regina fondatrice, e poi cresce fino a 10 o 12 mila formiche quando la colonia arriva ai cinque anni, e rimane di quella dimensione finché la regina muore e non c’è nessuno per fare più formiche, quando lei ha circa 15 o 20 anni di età. Ed è quando raggiungono questa dimensione stabile, in numero di formiche, che iniziano a riprodursi. Vale a dire, a mandare più regine con le ali e più maschi al volo di accoppiamento di quell’anno. E io so come cambia la dimensione della colonia in funzione dell’età della colonia, perché ho scavato colonie di età nota e ho contato tutte le formiche. Certo, non è la parte più divertente di questa ricerca, per interessante che sia. Quello su cui davvero queste formiche mi fanno riflettere è la divisione del lavoro. Non è solo come si organizza la colonia, ma anche come cambia quel che sta facendo, come fa la colonia ad adattare il numero di operaie che eseguono ciascun compito, man mano che le condizioni cambiano. Di cose ne succedono in una colonia. Quando piove d’estate, il deserto viene inondato, il nido subisce molti danni, e servono più formiche per pulire quel disastro. Quando aumenta la disponibilità di cibo — e lo sa chiunque abbia fatto un picnic — vengono assegnate più formiche per raccogliere il cibo. Quindi, con nessuno che dice cosa fare, in che modo la colonia si organizza per assegnare a ciascun compito risorse adeguate? È questo che chiamo assegnazione delle funzioni. E nelle formiche raccoglitrici, divido i compiti delle formiche che vedo subito fuori dal nido in quattro categorie: una formica che sta raccogliendo, quando è sulla strada per il cibo, alla ricerca di cibo o riportando indietro il cibo; i ricognitori –questa dovrebbe essere una lente di ingrandimento– sono un gruppo interessante che vanno fuori presto al mattino prima che le raccoglitrici siano attive. In qualche modo, scelgono la direzione in cui le raccoglitrici andranno, e tornando indietro –semplicemente tornando indietro– dicono alle raccoglitrici che possono uscire in sicurezza. A quel punto le formiche che mantengono il nido lavorano dentro al nido, e il nido somiglia molto alla casa di Bill Lishman. All’interno ci sono delle “stanze”, foderano le pareti delle camere con della terra umida che si asciuga formando una specie di intonaco poroso. Somiglia molto ad alcune abitazioni scavate nella roccia dalle popolazioni Hopi che vivono in quell’area. Le operaie della manutenzione fanno questo dentro il nido, e poi escono dal nido portando pezzi di terreno secco nelle loro mandibole. Potete vedere un’operaia uscire con un granello di sabbia, metterlo giù, girarsi, e tornare dentro. E infine, le netturbine mettono una specie di sostanza chimica territoriale nella spazzatura. Quindi si vedono le formiche operaie creare una pila di scarti. Un giorno è tutto qui, il giorno successivo lo spostano di là, e poi lo riportano indietro. il compito delle netturbine è questo. E questi quattro gruppi sono solo le formiche esterne. Costituiscono solo il 25% della colonia, e sono le formiche più vecchie. Quindi, una formica inizia a vivere vicino alla regina. Quando scaviamo i nidi troviamo che, più o meno, sono tanto profondi quanto larga è la colonia, quindi più o meno un metro di profondità per i nidi grandi, vecchi, e poi c’è un altro lungo tunnel e una camera, dove spesso troviamo la regina, magari dopo aver picconato per otto ore. Ma non penso che quella stanza si sia evoluta a causa mia, della mia pala e del mio staff di studenti coi picconi, ma piuttosto perché, quando c’è un’inondazione, occasionalmente la colonia deve andare giù in profondità. Per questo c’è tutta questa rete di stanze. La regina è qui da qualche parte, deposita solo le uova. Ci sono le larve, che consumano la maggior parte del cibo, E questo è vero per la maggior parte delle formiche– quelle che vedi camminare in giro non mangiano poi molto. Portano il cibo nel nido, per le larve. Quando le raccoglitrici entrano col cibo, lo fanno semplicemente cadere nella camera superiore, e le altre formiche vengono da sotto, prendono il cibo, lo riportano indietro, sbucciano i semi, e li impilano. Ci sono formiche di manutenzione nido al lavoro in tutto il nido. Quel che è curioso, e interessante, è che in ogni momento cica metà delle formiche in una colonia non sta facendo nulla. Perciò, malgrado quello che si dice nella Bibbia, ossia “Osserva la formica, tu fannullone,” in effetti, potresti pensare a queste formiche come a delle riserve. Vale a dire, dovesse succedere qualcosa — e non ho mai visto succedere una cosa simile, ma le ho osservate per 20 anni soltanto — se dovesse succedere qualcosa che richiede la loro presenza, potrebbero uscire tutte fuori. Ma in realtà, per la maggior parte sono li in giro. E penso sia una questione molto interessante — cosa c’è nell’organizzazione della colonia che potrebbe giustificare una riserva di formiche che non stanno facendo nulla? In un certo senso, fanno da cuscinetto tra le formiche che lavorano dentro al nido, e quelle che lavorano al di fuori. E se contrassegni formiche che lavorano fuori, e scavi una colonia, non le vedi mai all’interno. Quindi le formiche lavorano all’interno del nido quando sono giovani, in qualche modo finiscono in questa riserva, E poi vengono reclutate per unirsi alla forza lavoro esterna. Una volta unitesi alle “esterne”, non lavorano più all’interno. La maggior parte delle formiche, tra cui queste, non ci vedono molto bene. Hanno degli occhi, possono distinguere tra la luce e l’oscurita’, ma perlopiù si orientano con l’olfatto. Quindi, giusto per ricordarvi che ciò che potreste pensare sulle formiche regine non è vero, anche se la regina avesse l’intelligenza di mandare messaggi chimici in tutta questa rete di stanze per dire alle “esterne” cosa fare, non ci sarebbe modo di far arrivare questi messaggi in tempo per il cambio di compiti che vediamo al di fuori del nido. Questo dimostra come la regina non diriga il lavoro della colonia. Perciò quando mi decisi a lavorare sulla divisione del lavoro, la mia prima domanda era: “Qual è la relazione tra formiche dedite a compiti differenti? Importa alle raccoglitrici cosa sta facendo la squadra manutenzione nido? Importa alle netturbine cosa stanno facendo le ricognitrici?” E lavoravo in un contesto in cui tutti pensavano che ogni formica di un nido fosse dedita al suo lavoro, in qualche modo, fin dalla nascita e lo eseguisse indipendentemente dagli altri, conscia del suo posto in catena di montaggio. Invece mi chiesi: “In che modo sono interdipendenti i vari gruppi di lavoro?” Così feci esperimenti in cui cambiai una sola cosa. Per esempio, creai più lavoro per la squadra manutenzione nido mettendo una pila di stuzzicadenti vicino all’entrata del nido, di prima mattina, quando la squadra manutenzione nido inizia i lavori. Ecco che aspetto ha 20 minuti dopo. E circa 40 minuti dopo. La squadra manutenzione nido porta tutti gli stuzzicadenti al confine esterno della collinetta del nido e li lascia lì. La domanda che mi ponevo era: “Ecco una situazione dove servono più formiche in squadra manutenzione nido. Questo avrà degli effetti sulle formiche preposte ad altri lavori?” Poi ripetemmo questi esperimenti con le formiche contrassegnate. Ecco questa squadra manutenzione nido, in blu. In seguito, siamo diventati più sofisticati e abbiamo adottato questo sistema a tre colori. Possiamo marcarle individualmente in modo da individuare ogni tipo di formica. Abbiamo iniziato con della vernice da modellismo aereo, poi abbiamo trovato questi piccoli, fantastici evidenziatori giapponesi, che funzionano molto bene. E per farla breve, beh, salta fuori che sì, i differenti compiti sono interdipendenti. Quindi, se cambio i numeri di quelle che eseguono un compito, cambio anche il numero di quelle che ne eseguono un altro. Se per esempio creo del disordine, che la squadra manutenzione nido deve pulire, allora vedrò meno formiche fuori a raccogliere cibo. E questo era vero per tutte le “coppie” di compiti. E il secondo risultato, che sorprese molti di noi, fu che le formiche in effetti cambiano i propri compiti. La stessa formica non fa sempre lo stesso lavoro per tutta la vita. Quindi, per esempio, se metto del cibo extra, chiunque altro– le netturbine smettono di lavorare alla spazzatura e vanno a raccogliere il cibo, diventano raccoglitrici, le addette alla manutenzione nido diventano raccoglitrici, e anche le ricognitrici diventano raccoglitrici. Ma non tutte le transizioni sono possibili. E questo mostra come funziona: Come ho appena detto, se c’è più cibo da raccogliere, i controllori, le netturbine e le addette alla manutenzione faranno le raccoglitrici. Se c’è più ricognizione da fare — ho creato un disturbo, in modo che servissero più ricognitrici — la squadra manutenzione nido si convertirà alla ricognizione. Ma se è necessario più lavoro alla manutenzione del nido — per esempio, se metto fuori un mucchio di stuzzicadenti — nessuna tornerà mai indietro alla manutenzione del nido, devono reclutare la manutenzione nido da dentro il nido. La raccolta cibo fa da “pozzo” e le formiche dentro il nido da “sorgente”. E per finire, è come se ogni formica decidesse momento per momento se essere attiva o no. Quindi, per esempio, quando c’è molta manutenzione nido da fare, non è che le raccoglitrici cambino attività, lo so che non lo fanno, ma in qualche modo le raccoglitrici decidono di non uscire. Ed ecco il risultato più curioso: l’assegnazione dei compiti. cambia con l’età della colonia, e cambia così.
Quando faccio questi esperimenti con le colonie più vecchie, quelle che hanno cinque o più anni, sono molto più coerenti da una volta all’altra. E molto più omeostatiche (equilibrate). Peggio vanno le cose, più io le tormento, più loro si comportano come colonie indisturbate, mentre le colonie giovani, piccole, le colonie di due anni con solo 2000 formiche, sono molto più variabili. E la cosa sorprendente è che una formica vive solo un anno. Senza eccezioni. Quindi, le formiche nella colonia più vecchia, che sembra essere più stabile, non sono affatto più vecchie delle formiche nella colonia più giovane. Non è dovuto all’esperienza delle formiche più vecchie, e più saggie. Dev’essere piuttosto qualcosa nell’organizzazione che cambia man mano che la colonia invecchia. E la cosa ovvia che cambia è la sua dimensione. Da quando ho capito questo, ho speso molto tempo cercando di immaginarmi quali regole decisionali — molto semplici, locali, probabilmente olfattive, chimiche. quali regole una formica possa seguire, visto che non può valutare la situazione complessiva — –producendo il risultato che vedo, ossia queste dinamiche prevedibili in chi fa quale compito, che cambiavano man mano che la colonia si ingrandiva. E ho scoperto che le formiche usano una rete di contatti di antenne.
Chiunque abbia mai osservato delle formiche le avrà viste toccarsi le antenne. Annusano con le antenne. Quando una formica tocca un’altra, la annusa, e può decidere, per esempio, se l’altra formica vive nella stessa colonia, perché le formiche, spulciandosi, si cospargono l’un l’altra di uno strato di grasso che ha l’odore specifico della colonia. E stiamo imparando che la formica sfrutta il modello dei contatti di antenne, la frequenza con la quale incontra le formiche degli altri compiti, per decidere che cosa fare. A trasferirsi da una formica all’altra, dunque, non è un messaggio ma uno schema. Lo schema stesso è il messaggio. E ora vi dirò un po’ di più al riguardo. Ma prima potreste meravigliarvi di come una formica possa dire, ad esempio: “Io sono una raccoglitrice. Mi aspetto di incontrare un’altra raccoglitrice ogni tot. Ma se invece comincio ad incontrare un numero più alto di addette alla manutenzione nido, è meno probabile che io raccolga cibo.” Quindi deve conoscere la differenza tra una raccoglitrice ed una della squadra manutenzione nido. Ed abbiamo imparato che, in questa specie, e sospetto anche in altre, questi idrocarburi, questo strato di grasso sull’esterno delle formiche, cambia man mano che le formiche eseguono compiti differenti, e abbiamo fatto esperimenti che mostrano come ciò sia dovuto al fatto che più a lungo una formica rimane fuori, più questi idrocarburi semplici sulla sua superficie cambiano, e così vengono ad odorare in modo diverso quando hanno compiti diversi. E possono usare questo odore compito-specifico negli idrocarburi cuticolari — nei loro brevi contatti di antenne per registrare, in qualche modo, la frequenza alla quale stanno incontrando le formiche destinate a compiti specifici. Lo abbiamo dimostrato di recente, mettendo un estratto di idrocarburi su dei piccoli “chicchi” di vetro, e facendo cadere delicatamente i chicchi nell’entrata del nido con la giusta frequenza Le formiche rispondono al giusto ritmo di contatto con questo chicco di vetro con l’estratto di idrocarburo, come se entrassero in contatto con formiche vere. Ora voglio mostrarvi un estratto di un filmato- che inizierà mostrandovi l’entrata del nido. L’idea è che le formiche che stanno entrando e uscendo dal nido sono uscite per svolgere differenti compiti, e il ritmo al quale si incontrano man mano che entrano ed escono dal nido determina, o influenza, la decisione di ciascuna formica se uscire o meno, e quale compito svolgere. L’immagine è presa con un microscopio a fibra ottica, da dentro il nido. All’inizio vedi semplicemente le formiche “studiare” il microscopio a fibra ottica. Ma l’idea è che le formiche siano lì dentro, e ciascuna formica sente un certo flusso di formiche al suo fianco, un flusso di contatti con altre formiche, ed il carattere di queste interazioni determina se la formica ritorna fuori, e cosa fa quando ritorna fuori. Potete anche vederlo nelle formiche appena fuori dall’entrata, come queste. Ciascuna formica, poi, tornando dentro, contatta altre formiche, e le formiche che stanno aspettando appena dentro l’entrata del nido, per decidere se uscire al loro prossimo viaggio, contattano le formiche in entrata. La cosa interessante di questo sistema è che è disordinato. È variabile. È rumoroso. Sotto due profili, in particolare. il primo è che l’esperienza di ciascuna formica non si può prevedere bene. Perché il tasso al quale le formiche ritornano dipende da tutte le piccole cose che succedono ad una formica man mano che esce e fa il suo lavoro al di fuori. E la seconda cosa è che l’abilità di una formica di valutare questo modello deve essere molto rozza, perché una formica non può fare calcoli sofisticati. Facciamo quindi molta modellazione e simulazione, ed anche lavoro sperimentale, per provare ad immaginarci come questi due tipi di rumore si combinino per produrre, congiuntamente, il comportamento prevedibile delle colonie di formiche. Ancora, non voglio dire che questo tipo di modello casuale di interazioni produca una fabbrica che lavora con l’efficienza di un orologio. In effetti, se guardate le formiche, vi viene voglia di aiutarle, perché non capita mai che facciano qualcosa nel modo esatto in cui pensi che dovrebbero farlo. Non è quindi che da questi contatti casuali sorga la perfezione. Ma funziona molto bene. Le formiche esistono da centinaia di milioni di anni. Antartide a parte, si trovano ovunque al mondo. Un chiaro esempio di successo di questo schema di contatti casuali è che, complessivamente, produce qualcosa che permette alle formiche di fare molte più formiche. E stiamo studiando come la selezione naturale potrebbe agire ora per modificare questi schemi d’interazione — questa rete di schemi di interazione — per incrementare, magari, l’efficienza delle colonie nella raccolta del cibo. La cosa principale che vorrei vi ricordaste è che questi schemi di interazioni sono strettamente connessi alla dimensione della colonia. L’idea più semplice è che quando una formica è in una colonia piccola — in una colonia grande una formica può usare la stessa regola, tipo:”Mi aspetto di incontrare un altro raccoglitore ogni tre secondi”. Ma in una piccola colonia, è probabile incontrare meno raccoglitori, semplicemente perché ci sono meno raccoglitori da incontrare. Quindi la stessa regola, man mano che la colonna si sviluppa e diventa più vecchia e larga, produrrà in una colonia vecchia un comportamento differente di una piccola, giovane colonia.
Traduzione di Michele Giannella
