Svelato il segreto delle reti di trasporto delle formiche

Abbiamo costruito strade e ferrovie, utilizziamo energia elettrica e acqua che spesso arrivano da lontano, e soprattutto ci colleghiamo a Internet. Le reti di trasporto nella nostra società sono fondamentali, ma spesso trovare un compromesso tra costi, efficienza e robustezza può essere difficile. Così i ricercatori del dipartimento di matematica dell’Università di Uppsala hanno pensato di prendere spunto dalla natura, osservando le colonie di alcuni degli insetti più operosi al mondo: le formiche. E hanno scoperto che, anche se rispondono solo a vincoli ambientali ed evolutivi, sono in grado di trovare soluzioni quasi ottimali, simili a quelle dei sistemi umani. Infatti la maggior parte delle reti di trasporto naturali, al contrario delle nostre, si sono evolute senza una pianificazione centralizzata: basti pensare alle reti vascolari dei vertebrati o delle piante, ai miceli dei funghi, o proprio alle reti degli insetti sociali come le formiche.

Lo studio pubblicato su Royal Society Interface è frutto di un lavoro lungo due anni: utilizzando modelli matematici e raccogliendo dati sul campo, i ricercatori hanno scoperto come le formiche della carne australiane Iridomyrmex purpureus costruiscono le loro reti di trasporto.

Questi piccoli insetti vivono in colonie che si estendono anche fino a un chilometro, formate da nidi sotterranei, coperti da ghiaia e pezzi di vegetazione, e dagli alberi circostanti dove si nutrono di melata: una secrezione zuccherina che raccolgono dagli afidi delle piante. “Abbiamo scelto le formiche della carne australiane per una caratteristica in particolare” spiega a Galileo Arianna Bottinelli, autrice principale dello studio e dottoranda all’Università di Uppsala. “Le loro reti sono fatte di due diversi tipi di nodi (alberi e nidi), collegati da sentieri abbastanza grandi e ben visibili: sono vere e proprie strade senza vegetazione, costruite così per trasportare facilmente cibo e larve da un nido all’altro. Questo significa che c’è un lavoro di realizzazione e anche di manutenzione, perché la vegetazione che ricresce viene tagliata. Proprio come avviene per le nostre reti di trasporto”. Così in Australia, i biologi hanno registrato la posizione dei nidi e dei sentieri tramite gps. Poi sui dati raccolti, Bottinelli ha iniziato le elaborazioni matematiche e statistiche, simulando la crescita della colonia e della sua rete.

(foto: Nathan Brown)

“Abbiamo notato che le formiche collegano i nuovi nidi appena costruiti a quelli più vicini, ma non sempre li collegano anche agli alberi: solo se la distanza è minore rispetto agli altri nidi” chiarisce Bottinelli a Galileo. Mentre gli ingegneri che lavorano alla costruzione di una metro hanno un progetto, le formiche non sanno cosa costruiranno, e dove, in futuro. Quindi sul momento fanno la cosa più conveniente: collegare il nuovo nido a quello più vicino. Inoltre gli alberi costituiscono una risorsa e sono ben difesi dalle varie colonie: aggiungere un nuovo albero alla colonia con un sentiero troppo lungo equivale a partire svantaggiati nella competizione per il cibo.

Inoltre gli scienziati hanno anche osservato che le colonie di formiche della carne australiane crescono solo fino a un certo punto: fino a un optimum. “Le colonie non sono mai più grandi di 16-20 nodi, per un motivo ben preciso” continua Arianna Bottinelli. “Aumentando la scala fino a 200-300 nodi con le simulazioni abbiamo notato che anche se costi ed efficienza rimangono bilanciati, la robustezza tende a zero. Quindi le formiche preferiscono costruire reti piccole e robuste, e quando la colonia cresce troppo, magari, tendono a dividersi, piuttosto che abbassare la robustezza delle loro reti”. Un sistema opposto rispetto a quello utilizzato dall’uomo: una scala di 200-300 nodi è infatti paragonabile alle nostre reti di trasporto che tendono a crescere sempre, a discapito della robustezza. Questi modelli matematici potrebbero quindi suggerire possibili applicazioni nella progettazione. “Si tratta di un ulteriore tentativo di usare ciò che osserviamo in natura, per migliorare e consigliare la progettazione dei sistemi creati dall’uomo” conclude David JT Sumpter, presso il dipartimento di Matematica dell’Università di Uppsala.

Riferimenti: Royal Society Interface Doi: 10.1098/rsif.2015.0780

Credits immagine: Ellen Van Wilgenburg