Imaginez que vous faites partie de l'espèce Cephalotes goniodontus, une fourmi arboricole avec une tête semblable à celle de Dark Vador qui a inspiré les humains à vous appeler "fourmis tortues". Vous vous déplacez le long d'une branche de la canopée enchevêtrée de Jalisco, Mexique, en suivant une piste olfactive laissée par d'autres fourmis de votre colonie, mais vous frappez une extrémité abrupte où la branche est cassée. Comment savoir où aller ?
Déborah Gordon, professeur de biologie à l'Université de Stanford, a décidé de répondre à cette question et à bien d'autres lorsqu'elle a commencé à étudier ces fourmis en 2011. Regardant dans les arbres - parfois du haut d'une échelle - Gordon a passé des heures à enregistrer les jonctions choisies par les fourmis.
Le travail de Gordon, publié en ligne le 29 septembre par le Naturaliste américain , a conduit au développement d'un algorithme simple qui explique comment les fourmis créent, réparer et élaguer un réseau dans un labyrinthe complexe de végétation. Cet algorithme pourrait expliquer d'autres processus biologiques ou fournir des solutions d'ingénierie.
Un algorithme de fourmi
Les fourmis que Gordon a étudiées ne quittent jamais leur canopée, se déplaçant plutôt à travers un enchevêtrement de vignes, buissons et arbres le long d'un circuit de sentiers qui relient de nombreux nids et sources de nourriture. Parce que ces sources de nourriture vont et viennent, les nids disparaissent et les branches se cassent, le circuit change légèrement d'un jour à l'autre.
Gordon a cartographié ces sentiers complexes et a mis en place des expériences pour étudier comment les fourmis réagissaient lorsque de la nouvelle nourriture apparaissait ou que des branches se cassaient. Avec Arjun Chandrasekhar et Saket Navlakha du Salk Institute of Biological Studies de l'Université de Californie, San Diego, Gordon a analysé les données obtenues pour modéliser la façon dont les fourmis réparent et élaguent leur réseau de sentiers.
« À chaque nœud, les fourmis pourraient se perdre si d'autres n'étaient pas là assez récemment pour laisser une trace chimique, " a déclaré Gordon. " Il y a donc un processus en cours qui ne crée pas le réseau avec le chemin le plus court, mais le réseau avec le moins de jonctions où les fourmis doivent prendre une décision et pourraient prendre la mauvaise. Il semble que l'évolution ait favorisé le maintien des fourmis ensemble sur le même réseau, plutôt que de leur épargner des efforts sur la distance qu'ils doivent parcourir."
Les fourmis de C. goniodontus choisissent la route à emprunter à une jonction en suivant la phéromone déposée par les fourmis qui ont récemment traversé cette jonction. La phéromone s'évapore, donc le chemin qui a récemment eu le plus de fourmis est le plus attrayant. En marquant les fourmis avec du vernis à ongles, Gordon a découvert que les mêmes fourmis ont tendance à emprunter les mêmes sentiers depuis un nid.
Mais si une piste se brise, les fourmis ont un plan simple pour se reconnecter au réseau de sentiers. Ils utilisent ce qu'on appelle la "recherche gourmande, " contourner la rupture du chemin en revenant au carrefour le plus proche et en choisissant un nouveau chemin à partir de ce point.
"Même s'il y a ce qui nous semble être une solution plus soignée disponible en remontant de quelques nœuds, ils n'utilisent jamais ça, " a déclaré Gordon. " Ils retournent toujours directement au nœud le plus proche de la rupture et vont de là au nœud le plus proche, etc. Parce que la végétation est si enchevêtrée, ils sont capables de trouver un moyen de passer de l'autre côté de la pause."
Comme cela arrive souvent en science, les algorithmes peuvent offrir des solutions inspirées de la nature aux problèmes d'ingénierie, menant à des correctifs robustes et élégants. Les algorithmes qui produisent et réparent les réseaux naturels, comme le réseau de neurones et leurs synapses dans le cerveau, nous aider à concevoir et à naviguer dans de nombreux types de réseaux d'ingénierie, comme Facebook ou les systèmes de métro. Cet algorithme, créé par les fourmis tortues dans la canopée tropicale, est un autre exemple d'une excellente solution évoluée, dit Gordon.
