E62 Transferencia de información física

Tópico

La colonia de insectos sociales solo se comporta como una unidad coordinada si sus individuos logran transferirse información entre sí, y la necesidad de coordinarse hace que la colonia recurra a varios canales físicos a la vez para lograrlo: señales químicas liberadas por unos individuos y captadas por otros, vibraciones que viajan por el sustrato o se transmiten por contacto antenal, y sonidos que se producen por fricción entre partes del cuerpo. Cada uno de estos canales impone sus propias reglas físicas a la cantidad de información que puede llevar, y el canal químico es el que domina la coordinación de largo alcance dentro de la colonia.

Antes de que cualquier individuo libere sustancia en un punto dado, no existe rastro químico en ese punto. En cuanto un individuo la libera, la sustancia se dispersa por difusión en las tres dimensiones del espacio que la rodean, y esa dispersión hace que el rastro químico que va dejando se ensanche progresivamente a medida que pasa el tiempo: su alcance crece con la raíz cuadrada del tiempo transcurrido y no en proporción directa a él, de modo que el rastro se expande cada vez más despacio cuanto más tiempo lleva liberándose la sustancia.

Que un individuo detecte el rastro químico depende de un umbral. Los receptores que tiene en las antenas solo disparan una respuesta cuando el número de moléculas del rastro que llegan a ellos en un instante supera cierto nivel, y por debajo de ese nivel la señal se pierde entre el ruido propio de un proceso en el que las moléculas arriban de a una y de forma irregular. Cuantas menos moléculas llegan por unidad de tiempo, mayor es ese ruido en proporción a la señal, y eso hace que el umbral de detección termine fijado por la propia estadística de la llegada molecular y no por una propiedad fija del receptor.

La cantidad máxima de información que el rastro químico puede transportar tiene, a su vez, un límite que depende de dos factores: el ancho de banda del canal, que la velocidad de difusión y la rapidez con que responde el receptor terminan fijando, y la relación entre la intensidad de la señal y el ruido descrito en el párrafo anterior. Ese límite no crece en proporción directa a la intensidad de la señal, sino que se satura, y eso hace que, por encima de cierto punto, reforzar la señal añada cada vez menos información transmisible, porque el ancho de banda del canal —y no ya la intensidad— termina siendo el factor que restringe cuánta información puede mover la colonia por esa vía.

Ese mismo rastro químico es lo que sostiene el reclutamiento que ocurre en colonias de hormigas. Cuando una hormiga encuentra el rastro y lo sigue hasta el recurso, tiende a reforzarlo depositando más sustancia, y ese refuerzo hace que otras hormigas cercanas también lo detecten y se sumen, de modo que el número de individuos reclutados crece de forma autocatalítica: cada hormiga recién reclutada aumenta la probabilidad de que se recluten más, igual que un contagio que se propaga entre individuos que todavía no fueron alcanzados.

Ese crecimiento autocatalítico no continúa indefinidamente porque una fracción de las hormigas reclutadas regresa sin reforzar el rastro químico, y esa fracción actúa como una tasa de extinción que retira sustancia del sistema al mismo ritmo en que el reclutamiento la repone. Cuando el reclutamiento decae, deja de reforzarse el rastro químico, y eso hace que el rastro vuelva a diluirse por difusión hasta que no existe rastro químico en ese punto, igual que antes de que empezara todo el proceso, cerrando el ciclo.

Todo este mecanismo —canal químico, umbral de detección, límite de capacidad del canal y reclutamiento autocatalítico— le sirve a la colonia de insectos sociales para algo muy concreto: le permite concentrar rápidamente a un gran número de individuos sobre un recurso o una amenaza que un solo individuo detectó, sin que ninguna hormiga necesite conocer el mapa completo de la colonia ni recibir instrucciones directas de otra. La colonia termina comportándose como una unidad coordinada precisamente porque el rastro químico, con su umbral, su capacidad limitada y su ciclo de refuerzo y extinción, hace circular la información física que esa coordinación colectiva necesita.

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