الگوریتم‌های پیچیده در زندگی مورچه‌های نابغه

یک مورچه به تنهایی خیلی باهوش نیست. اما کلونی‌های بزرگ مورچه‌ها، توانایی نمایش شاهکارهای پیچیده‌ای از سازماندهی را دارند و البته همه اینها به مدد الگوریتم‌های زیستی هوشمندانه است.

کد خبر: ۱۲۲۵۱۴۹

دبورا گوردون محققی است که نزدیک سه دهه است زندگی خود را وقف مطالعه کلونی مورچه‌ها در صحرای آریزونا کرده است. سوژه انتخابی او یعنی مورچه‌های دروگر قرمز آن‌قدرها هم زیاد نیستند که بتوان به‌راحتی مشاهده‌شان کرد، اما وقتی در کنار هم گرد می‌آیند، قابلیت‌های سازماندهی خارق‌العاده و هوشمندانه‌ای را از خود به نمایش می‌گذارند. گوردن که استاد زیست‌شناسی دانشگاه استنفورد در کالیفرنیاست، می‌گوید: «هیچ مورچه‌ای نمی‌داند چه کاری انجام می‌دهد یا این‌که حتی نمی‌تواند ارزیابی کلی از آنچه انجام می‌دهد داشته باشد. اما واقعیت این است که مورچه‌ها در کلونی‌های انبوه، کارهای زیادی انجام می‌دهند.»
مورچه‌های دروگر، لانه‌های پیچیده‌ای چند متر زیرزمین می‌سازند. کل کلونی متشکل از ده هزار مورچه است که لانه را برای مدت زمانی بین ۲۰ تا ۳۰سال که در اصل طول عمر ملکه است، پابرجا نگه می‌دارند. مرگ ملکه مورچه‌ها نشان از آن دارد که اضمحلال آرام کلونی آغاز شده است.
اما دلیل موفقیت خارق‌العاده مورچه‌ها چیست؟
تحقیقات گوردون بر این موضوع متمرکز بوده که گونه‌های مختلف مورچه، چگونه روش‌های الگوریتمی پاسخ‌دهی به تغییرات زیست محیطی را بهبود بخشیده‌اند. در حقیقت این روش‌های الگوریتمی است که به مورچه‌ها اجازه می‌دهد میزان ذخیره آب در لانه‌شان را متعادل نگه دارند، مسیرهای رفت‌وآمد کارآمدتری بسازند و منابع غذایی جدید را پیدا کنند. گوردون می‌گوید: «از آنجا که ما انسان‌ها وقتی شرایط متفاوتی در محیط‌زیست‌مان ایجاد می‌شود، اغلب شوکه می‌شویم و نمی‌دانیم واکنش درست دقیقا چیست، شاید این روش حساب‌شده مورچه‌ها بتواند به ما هم کمک کند و درس‌های خوبی برای سازگاری با شرایط محیطی داشته باشد.»

برای مورچه‌های دروگر مهم‌ترین الگوریتم، الگوریتمی است که مسیرهای جست‌وجوی آنها برای غذا را تعیین می‌کند. دانه‌های علفی مهم‌ترین منبع تامین آب و غذا برای آنهاست. مورچه‌ها این دانه‌ها را ماه‌ها در داخل لانه‌شان زیر زمین مخفی می‌کنند. اما در گرمای خفقان‌آور صحرای آریزونا، صرف انرژی و آب برای پیدا کردن دانه‌های علفی واقعا کار دشواری است. این موضوعی نیست که یک مورچه به تنهایی بتواند برای آن تصمیم بگیرد. به جای آن، مورچه‌های جست‌وجوگر به سیگنال‌هایی تکیه می‌کنند که سایر مورچه‌هایی که دست پر به لانه برمی‌گردند، از خود برجا می‌گذارند. این فرآیند حاصل یک کار تیمی است.
مورچه‌های دروگر با یک لایه چسبناک روغنی پوشیده شده‌اند که بوی آن بسته به نوع کاری که مورچه‌ها در کلونی‌شان انجام می‌دهند، با یکدیگر تفاوت دارد. وقتی یک مورچه جست‌وجوگر، غذا پیدا می‌کند، از خودش بویی تولید می‌کند و این باعث می‌شود سایر مورچه‌ها هم با سرعت به مسیری برگردند که او رفته است. حال اگر یک مورچه جست‌وجوگر خیلی سریع و دست پر به لانه برگردد، در اصل نوعی پیام را به دیگران مخابره کرده است: «منبع غذایی کافی در نزدیکی لانه است» و در نتیجه سایرین هم ‌دنبالش می‌روند. دکتر گوردون می‌گوید: اگر بخواهیم یافته‌های حاصل از مطالعات را به زبان ساده بیان کنیم، باید این‌طور بگوییم که اگر یک مورچه به اصطلاح منتظر در یک بازه زمانی ۳۰ ثانیه‌ای، بوی ده مورچه جست‌وجوگر یا بیشتر از آنها را استشمام کند، آن‌گاه خود او هم تبدیل به یک مورچه جست‌وجوگر فعال می‌شود. مورچه‌ها باید بین داده‌هایی که دریافت می‌کنند، سبک و سنگین کنند و ببینند سرعت دستیابی به غذا نسبت به‌سرعتی که آب از دست می‌دهند، چقدر است و آنگاه عملکردشان را مدیریت کنند.