Als een brein werkt een mierenkolonie zonder centrale controle. Elk is een set van op elkaar inwerkende individuen, ofwel neuronen of mieren, met behulp van eenvoudige chemische interacties die in totaal hun gedrag genereren. Mensen gebruiken hun hersenen om te onthouden. Kunnen mierenkolonies dat doen? Deze vraag leidt tot een andere vraag: wat is geheugen? Voor mensen is geheugen het vermogen om iets terug te halen dat in het verleden is gebeurd. We vragen computers ook om acties uit het verleden te reproduceren - het samengaan van het idee van de computer als hersenen en hersenen als computer heeft ertoe geleid dat we 'geheugen' bedoelen met zoiets als de informatie die op een harde schijf is opgeslagen. We weten dat ons geheugen afhankelijk is van veranderingen in hoeveel een reeks gekoppelde neuronen elkaar stimuleren; dat het op de een of andere manier tijdens de slaap wordt versterkt; en dat recent en langetermijngeheugen verschillende circuits van verbonden neuronen omvatten. Maar er is veel dat we nog steeds niet weten over hoe die neurale gebeurtenissen samenkomen, of er opgeslagen representaties zijn die we gebruiken om te praten over iets dat in het verleden is gebeurd, of hoe we een eerder aangeleerde taak kunnen blijven uitvoeren, zoals lezen of fietsen.
Elk levend wezen kan de eenvoudigste vorm van geheugen vertonen, een verandering als gevolg van gebeurtenissen in het verleden. Kijk naar een boom die een tak heeft verloren. Het herinnert zich hoe het rond de wond groeit en sporen achterlaat in het patroon van de schors en de vorm van de boom. Je kunt misschien de laatste keer dat je griep had beschrijven, of misschien niet. Hoe dan ook, in zekere zin 'herinnert je lichaam zich', omdat sommige van je cellen nu verschillende antilichamen hebben, moleculaire receptoren, die bij dat specifieke virus passen.
Gebeurtenissen uit het verleden kunnen het gedrag van zowel individuele mieren als mierenkolonies veranderen. Individuele timmerman bood een suiker traktatie herinnerde de locatie voor een paar minuten; ze zouden waarschijnlijk terugkeren naar waar het eten was geweest. Een andere soort, de Sahara Desert-mier, kronkelt rond de dorre woestijn, op zoek naar voedsel. Het lijkt erop dat een mier van deze soort zich kan herinneren hoe ver hij liep of hoeveel stappen hij nam sinds de laatste keer dat hij in het nest was.
Een kolonie van rode houtmieren herinnert zich zijn sporenstelsel dat jaar na jaar naar dezelfde bomen leidde, hoewel geen enkele mier dat doet. In de bossen van Europa foerageren ze in hoge bomen om zich te voeden met de uitwerpselen van bladluizen die zich op hun beurt voeden met de boom. Hun nesten zijn enorme heuvels van dennennaalden die tientallen jaren op dezelfde plaats liggen, bezet door vele generaties kolonies. Elke mier heeft de neiging om elke dag hetzelfde pad naar dezelfde boom te nemen. Tijdens de lange winter kruipen de mieren samen onder de sneeuw. De Finse myrmecoloog Rainer Rosengren liet zien dat wanneer de mieren in het voorjaar tevoorschijn komen, een oudere mier op pad gaat met de jonge mier langs het gebruikelijke pad van de oudere mier. De oudere mier sterft en de jongere mier neemt dat spoor als zijn eigen, waardoor de kolonie de sporen van het voorgaande jaar moet onthouden of reproduceren.
Foerageren in een mierkolonie vereist een individueel mierengeheugen. De mieren zoeken naar verspreide zaden en gebruiken geen feromoonsignalen; als een mier een zaad vindt, heeft het geen zin om anderen te werven omdat er waarschijnlijk geen andere zaden in de buurt zijn. De voederaars reizen een pad dat zich tot 20 meter van het nest kan uitstrekken. Elke mier verlaat het pad en gaat zelfstandig op zoek naar voedsel. Hij zoekt tot hij een zaad vindt en keert dan terug naar het pad, misschien met behulp van de hoek van het zonlicht als een gids, om terug te keren naar het nest, de stroom uitgaande uitgaande voeders volgend. Eenmaal terug in het nest, laat een voeder zijn zaad vallen en wordt gestimuleerd om het nest te verlaten door de snelheid waarmee het andere voeders ontmoet die terugkeren met voedsel. Tijdens zijn volgende reis verlaat hij het pad op ongeveer dezelfde plaats om opnieuw te zoeken.
Ant Encounters: Interaction Networks and Colony Behaviour (Primers in Complex Systems)
Hoe krijgen mierenkolonies iets voor elkaar als niemand de leiding heeft? Een mierenkolonie werkt zonder centrale controle of hiërarchie, en geen mier leidt een andere. In plaats daarvan beslissen mieren wat ze moeten doen op basis van de snelheid, het ritme en het patroon van individuele ontmoetingen en interacties - wat resulteert in een dynamisch netwerk dat de functies van de kolonie coördineert. Ant Encounters biedt een onthullende en toegankelijke kijk op mierengedrag vanuit dit complexe systeemperspectief.
KopenElke ochtend verandert de vorm van het foerageergebied van de kolonie, zoals een amoebe die uitzet en samentrekt. Geen enkele individuele mier herinnert zich de huidige plaats van de kolonie in dit patroon. Op de eerste reis van elke voederjager neigt hij naar buiten voorbij de rest van de andere mieren die in dezelfde richting reizen. Het resultaat is in feite een golf die verder reikt naarmate de dag vordert. Geleidelijk neemt de golf af, omdat de mieren die korte uitstapjes maken naar plaatsen in de buurt van het nest de laatste lijken te zijn die op te geven.
Van dag tot dag verandert het gedrag van de kolonie en wat er op de ene dag gebeurt, beïnvloedt de volgende dag. Ik heb een aantal perturbatie-experimenten uitgevoerd. Ik stak tandenstokers uit die de arbeiders moesten verplaatsen, of blokkeerde de paden zodat foragers harder moesten werken, of veroorzaakte een storing die de patrouilles probeerden af te weren. Elk experiment trof slechts één groep werknemers rechtstreeks, maar de activiteit van andere groepen werknemers veranderde, omdat werknemers van één taak beslissen of ze actief zijn, afhankelijk van hun aantal korte ontmoetingen met werknemers van andere taken. Na slechts een paar dagen het experiment te hebben herhaald, bleven de kolonies zich gedragen zoals ze deden terwijl ze werden gestoord, zelfs nadat de verstoringen waren gestopt. Mieren hadden taken en posities in het nest verwisseld en dus duurde het even voordat de patronen van ontmoeting teruggingen naar de ongestoorde staat. Geen enkele individuele mier herinnerde zich iets, maar in zekere zin deed de kolonie dat wel.
Kolonies leven 20-30 jaar, het leven van de koningin die alle mieren produceert, maar individuele mieren leven hoogstens een jaar. Als reactie op verstoringen is het gedrag van oudere, grotere kolonies stabieler dan dat van jongere. Het is ook meer homeostatisch: hoe groter de omvang van de verstoring, hoe waarschijnlijker het was dat oudere kolonies zich zouden concentreren op foerageren dan op reageren op de gedoe die ik had gecreëerd; terwijl, hoe erger het werd, hoe meer de jongere koloniën reageerden. Kortom, oudere, grotere kolonies groeien op om verstandiger te handelen dan jongere kleinere, hoewel de oudere kolonie geen oudere, wijdere mieren heeft.
Mieren gebruiken de snelheid waarmee ze elkaar ontmoeten en ruiken andere mieren, of de chemicaliën die door andere mieren worden afgezet, om te beslissen wat ze vervolgens gaan doen. Een neuron gebruikt de snelheid waarmee het door andere neuronen wordt gestimuleerd om te beslissen of hij vuurt. In beide gevallen ontstaat geheugen als gevolg van veranderingen in hoe mieren of neuronen elkaar verbinden en stimuleren. Het is waarschijnlijk dat het koloniegedrag rijpt omdat de grootte van de kolonie de mate van interactie tussen mieren verandert. In een oudere, grotere kolonie heeft elke mier meer te ontmoeten dan in een jongere, kleinere, en het resultaat is een stabielere dynamiek. Misschien herinneren kolonies zich een verstoring uit het verleden omdat het de locatie van mieren veranderde, wat leidde tot nieuwe interactiepatronen, die het nieuwe gedrag zelfs 's nachts zouden kunnen versterken terwijl de kolonie inactief is, net zoals onze eigen herinneringen worden geconsolideerd tijdens de slaap. Veranderingen in koloniegedrag als gevolg van gebeurtenissen in het verleden zijn niet de simpele som van mierenherinneringen, net zoals veranderingen in wat we ons herinneren, en wat we zeggen of doen, geen eenvoudige set van transformaties zijn, neuron voor neuron. In plaats daarvan zijn je herinneringen als die van een mierenkolonie: geen enkel neuron herinnert zich iets, hoewel je hersenen dat wel doen. 
Dit artikel is oorspronkelijk gepubliceerd bij Aeon en is opnieuw gepubliceerd onder Creative Commons.
Deborah M. Gordon is professor biologie aan de Stanford University in Californië. Ze heeft over haar onderzoek geschreven voor publicaties zoals Scientific American en Wired . Haar nieuwste boek is Ant Encounters: Interaction Networks and Colony Behaviour (2010).
