La mente umana funziona come un formicaio?



Una colonia di formiche possiede dei ricordi che le singole formiche non hanno: un dato illuminante per capire il funzionamento del cervello umano.


In copertina: Yaoi Kusama, Pumpkin gialla e rossa  – Asta Pananti del 16 febbraio

(Questo testo è la traduzione italiana di un articolo precedentemente uscito su Aeon, che ringraziamo)


di Deborah M Gordon

Una colonia di formiche opera senza un controllo centrale, esattamente come un cervello. Entrambi sono un insieme di individui che interagiscono, neuroni e formiche, e per farlo utilizzano dei semplici scambi chimici che generano il loro comportamento all’interno dell’aggregato. Le persone usano il cervello anche per ricordare degli eventi. Possono farlo anche le colonie di formiche? È una domanda che ci porta a porcene un’altra: che cos’è la memoria? Per le persone, la memoria è la capacità di ricordare qualcosa che è accaduto nel passato. Spesso chiediamo anche ai nostri computer di riprodurre delle azioni passate, e la somiglianza tra  computer e cervello ci ha portato a usare il termine “memoria” anche per le informazioni conservate su un disco rigido. Sappiamo che la nostra memoria si basa sui cambiamenti di stimoli di un grande insieme di neuroni collegati tra loro; che si rinforza in qualche modo durante il sonno e che la memoria a breve termine e quella a lungo termine coinvolgono diversi circuiti di neuroni. Ma c’è molto che ancora non sappiamo sul come funzionano questi eventi neurali, se esistono o meno rappresentazioni memorizzate che usiamo per parlare di qualcosa accaduto nel passato o come riusciamo a svolgere un compito appreso in precedenza, come leggere o andare in bicicletta.

Ogni essere vivente può dimostrare una forma molto semplice di memoria: il cambiamento dovuto agli eventi vissuti in passato. Basta osservare un albero che ha perso un ramo, ne ha memoria per via del modo in cui si sviluppa intorno alla ferita, lasciando tracce nel disegno della corteccia e nella sua stessa forma. Si può essere in grado o meno di descrivere l’ultima volta che abbiamo avuto l’influenza ma, in entrambi i casi, il nostro corpo se lo “ricorda”, perché alcune delle nostre cellule hanno degli anticorpi diversi, dei recettori molecolari che si adattano a quel particolare virus.

Gli eventi passati possono alterare anche il comportamento delle singole formiche come pure quello delle intere colonie. Le singole formiche operaie, infatti, lasciano una traccia a base di zucchero che segnala la propria posizione per alcuni minuti, in modo da tornare dove c’è il cibo. Un’altra specie, la formica del deserto del Sahara, si aggira a lungo per il deserto alla ricerca di cibo. Sembra che una formica di questa specie possa ricordare la distanza percorsa, o quanti passi ha fatto, da quando si trovava nella colonia.

Una colonia di formiche rosse ricorda il sistema di strade che porta agli stessi alberi, anno dopo anno, ma nessuna formica singola ci riesce. Nelle foreste d’Europa, queste formiche si foraggiano in alberi molto alti, per nutrirsi delle secrezioni degli afidi che a loro volta si nutrono degli alberi. I loro nidi sono degli enormi cumuli di aghi di pino, situati nello stesso luogo per decenni e occupati da molte generazioni di colonie. Ogni formica tende a percorrere lo stesso sentiero giorno dopo giorno verso lo stesso albero. Durante il lungo inverno, le formiche si nascondono sotto la neve. Il mirmecologo finlandese Rainer Rosengren ha dimostrato che in primavera, quando le formiche riemergono, una formica più grande esce con una più giovane lungo il sentiero abituale della prima. La formica più anziana muore e la formica più giovane adotta quel sentiero come proprio, portando così la colonia a ricordare e ripercorrere i sentieri dell’anno precedente.

In una colonia di formiche raccoglitrici il foraggiamento richiede una certa memoria individuale. Le formiche cercano i semi sparsi e non usano segnali composti di feromoni; se una formica trova un seme, non ha senso reclutarne altre, perché è improbabile che ci siano altri semi nelle vicinanze. Le raccoglitrici percorrono un sentiero che può estendersi fino a 20 metri dal nido. Ogni formica lascia il sentiero e parte da sola alla ricerca di cibo. Cerca fino a trovare un seme, poi ritorna sul sentiero, magari utilizzando come guida l’angolo di rifrazione della luce solare, per poi tornare al nido, seguendo il flusso di raccoglitrici in uscita. Una volta tornata al nido, la raccoglitrice lascia cadere il suo seme e viene stimolata a lasciare il nido dal ritmo con cui incontra altre raccoglitrici che tornano con il cibo. Nel suo prossimo viaggio, si dirigerà circa nello stesso luogo, per iniziare una nuova ricerca.

Ogni mattina la forma della zona di foraggiamento della colonia cambia, come un’ameba che si espande e si contrae. Nessuna formica ricorda la sede della colonia in questo schema. Nel suo primo viaggio ogni raccoglitrice tende ad andare oltre il resto delle altre formiche che viaggiano nella stessa direzione. Il risultato quindi è come un’onda che procede nel corso della giornata. Gradualmente l’onda si ritira, mentre le formiche che compiono brevi viaggi verso i siti vicini al nido sembrano essere le ultime a ritornare.

Di giorno in giorno, il comportamento della colonia cambia, e ciò che accade in un giorno influisce su quello successivo. Ho condotto personalmente una serie di esperimenti di disturbo. Per esempio ho messo degli stuzzicadenti che le operaie dovevano rimuovere, ho bloccato i sentieri in modo che le raccoglitrici dovessero lavorare di più, ho creato un disturbo che gli esploratori cercavano di respingere. Ogni esperimento ha interessato direttamente un solo gruppo di formiche, ma l’attività degli altri gruppi è cambiata, perché le formiche addette a un compito decidono se essere attive a seconda della frequenza dei loro brevi incontri con le addette ad altri compiti. Dopo pochi giorni di esperimenti reiterati, le colonie hanno continuato a comportarsi come facevano quando erano state disturbate, anche una volta cessati gli interventi di disturbo. Le formiche avevano cambiato compiti e posizioni nel nido, e gli schemi di incontro hanno impiegato un po’ di tempo per tornare allo stato precedente. Nessuna formica si ricordava di qualcosa, ma, in un certo senso, era la colonia a farlo.

Le colonie vivono per 20-30 anni, la durata della vita della regina che produce tutte le formiche, ma le singole formiche vivono al massimo un anno. In risposta ai disturbi, il comportamento delle colonie più vecchie e più grandi è più stabile di quello delle colonie più giovani. È anche più omeostatico: più grande è l’entità del disturbo, più le colonie più anziane si concentrano sul foraggiamento piuttosto che sulla risposta ai problemi che avevo creato; al contrario, le colonie più giovani reagiscono in modo più estremo. In breve, le colonie più vecchie e più grandi agiscono in modo più saggio di quelle più piccole e più giovani, anche se la colonia più vecchia non ha formiche né più vecchie né più sagge.

Per decidere cosa fare le formiche usano la velocità con cui si incontrano e annusano altre formiche, o le sostanze chimiche depositate da altre formiche. Un neurone utilizza la velocità con cui viene stimolato da altri neuroni per decidere se eccitarsi o meno. In entrambi i casi, la memoria deriva da cambiamenti nel modo in cui le formiche o i neuroni si connettono e si stimolano a vicenda. È probabile che il comportamento delle colonie maturi perché le dimensioni delle colonie cambiano i tassi di interazione tra le formiche. In una colonia più grande e più vecchia, ogni formica ha più formiche da incontrare che in una più giovane e più piccola – e il risultato è una dinamica più stabile. Forse le colonie ricordano un problema passato perché hanno spostato la posizione delle formiche, portando a nuovi modelli di interazione, che potrebbero anche rafforzare il nuovo comportamento durante la notte, mentre la colonia è inattiva, proprio come i nostri ricordi si consolidano durante il sonno. I cambiamenti nel comportamento delle colonie dovuti a eventi passati non sono la semplice sommatoria delle memorie delle formiche, così come i cambiamenti in ciò che ricordiamo, diciamo o facciamo non sono un semplice insieme di trasformazioni, neurone per neurone. I nostri ricordi, piuttosto, sono come quelli di una colonia di formiche: nessun neurone particolare ricorda qualcosa, ma il nostro cervello sì.


Deborah M Gordon è professoressa di biologia alla Stanford University in California. Ha scritto per pubblicazioni come Scientific American e Wired. Il suo ultimo libro è Ant Encounters: Interaction Networks and Colony Behavior (2010).

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