הרשת החברתית של הנמלים

מושבת הנמלים תלויה באלפי נמלים המשתפות פעולה אחת עם השנייה בצורה יוצאת דופן ומדויקת. כיצד הן עושות זאת? מחקרים אחרונים חושפים ממצאים מפתיעים

גליה אריאל | גליליאו

נמלים, המאכלסות את כדור-הארץ כבר 100 מיליון שנה, הן אחת הדוגמאות המופלאות לשיתוף פעולה ביולוגי מהסוג שאליו התכוון דרווין כשאמר: “פרטים שלמדו לאלתר ולשתף פעולה הצליחו לשרוד”.

כשהנקבות משתפות פעולה
אלפי נקבות הנמלים לוקחות חלק בפעילות מתואמת ומשותפת, במטרה לענות על כל הצרכים הנדרשים לחייה התקינים של המושבה כולה (הנמלים הזכרים אינם שותפים למאמץ. כל תפקידם הוא להזדווג עם המלכה, ולאחר שביצעו משימה זו – הם מתים).

חלק מהנמלים יוצאות להביא מזון, בעוד שהאחרות נשארות לטפל בצאצאים, לבנות את הקן, לבצע עבודות תחזוקה, להגן על המושבה, ויש אף נמלים שתפקידן לקבור את המתים.

עובדה הראויה לציון מיוחד היא שהפעילות המשותפת הזאת מתנהלת ללא מנהיג – במושבה אין שום “בוס” או “גוף שלטוני” שמארגן את המשימות הרבות (המלכה, למרות שמה, אינה עושה זאת, אף שהיא מכוונת את חיי המושבה מבחינת רבייה וזוויגים).

ללא מנגנונים שלטוניים, מרבית החֲבָרות עלולות לצאת מאיזון ולהיכחד. כיצד מצליחות אפוא הנמלים לשתף פעולה, ולחלק את העבודה בצורה כל כך מוצלחת ו”מתחשבת”? במעבדתו החדשה במחלקה לפיסיקה של מערכות מורכבות במכון ויצמן למדע, מקווה ד”ר עופר פיינרמן, יחד עם חברי קבוצת המחקר שלו, לחשוף חלק מסודות הנמלים באמצעות מאמץ משותף ומתואם, המבוסס על שיטות מחקר הלקוחות מתחומים כמו תורת המידע, סטטיסטיקה ופיזיקה תיאורטית, מדעי המחשב, ביולוגיה של מערכות, מדעי המוח, וכמובן – ביולוגיה.

“הביולוגיה מבוססת על מערכות מורכבות, שבנויות מרכיבים בודדים – חלבונים, תאים או יצורים חיים. היצורים עצמם מאורגנים ברשתות שמתאמות את הפעילות שלהם. אך בעוד מדע הביולוגיה מסוגל לזהות ולאפיין את המרכיבים הבודדים, יחסי הגומלין ביניהם הם מורכבים ביותר, וניתוח הנתונים האלה בשיטות ביולוגיות הוא בלתי אפשרי. באמצעות “שאילת” כלים מתחום הפיזיקה והמתמטיקה אפשר להכניס לתמונה מדידות כמותיות, ובאמצעותן להגדיר את החוקים השולטים בהתנהגות הקולקטיבית המורכבת המאפיינת רשת ביולוגית”, אומר ד”ר פיינרמן.

דבר אל הנמלים

נמלים “מדברות” זו עם זו בעיקר בשפת הכימיקלים. כך, לדוגמה, כאשר נמלה מוצאת מקור מזון עשיר, היא משאירה מאחוריה נתיב של פֶרוֹמוֹנים, שמסמנים לנמלים האחרות את הדרך. פיינרמן רוצה להבין יותר לעומק את הרשתות החברתיות שנוצרות בין הנמלים בזמן העברת מידע מסוג זה.

לתוך מתקן, המזכיר את בית האח הגדול, הכניס פיינרמן נמלים (ניסויים נערכו במספר מיני נמלים, ובעיקר: נווטת שחורה שאורכה כ-1.5 ס”מ, קמפונית פולחת שאורכה כ-1.5ס”מ, והנמלה המשוגעת שאורכה כשני מ”מ, וגודל הקן בין 50 ל-1,000 פרטים). המבנה המלאכותי דמוי הקן מרושת במצלמות המאפשרות למדענים לצותת ל”שיחות” בין הנמלים.

נוסף על כך, באמצעות סימון ברקוד אישי לכל נמלה, מסוגלים המדענים לעקוב ולהקליט את הפעילויות של כל נמלה. כך הם מקווים לענות על שאלות כמו: מי מדברת עם מי? האם קיימות קבוצות חברתיות שונות, או שכל הנמלים מתקשרות זו עם זו ללא העדפה? האם העברת המסרים נעשית כשהנמלים נשארות במקומן – בדומה למשחק “טלפון שבור”, או שמדובר ב”שירות שליחים”, שבמסגרתו הנמלים מעבירות מסרים לטווחים רחוקים?

לדברי פיינרמן “נמלים משתמשות באסטרטגיות תקשורת מגוונות, הנעות מקיצוניות אחת לשנייה, כתלות בסביבה ובהקשר. דוגמה אחת לכך היא שיטת ה’שק קמח’, שבה נמלה אחת רוכבת על גבה של נמלה אחרת. שיטה זו איטית, אך היא אמינה וישירה, ויכולה לשרת אותן במצבים שונים, כמו, למשל, כדי לוודא שנמלה מסוימת מגיעה בדיוק למקור המזון, ללא סכנה שתאבד את דרכה. מצבים אחרים מחייבים שיטות תקשורת ממוקדות פחות אך מהירות יותר. לדוגמה, אם המושבה מותקפת, הנמלים מפרישות פרומונים המתפזרים באוויר. דבר זה פועל כמערכת אזעקה שמזהירה במהירות את המושבות השכנות.”

מטרת המחקר היא לא רק לחשוף את עקרונות הפעולה הסבוכים של מושבת הנמלים. בטווח הרחוק יותר, מקווים המדענים להשתמש בעקרונות של המערכת השיתופית המפוארת הזו כדי לפתח תורה לעיבוד מידע קולקטיבי. מטרה נוספת היא פיתוח כלים שיסייעו לענות על שאלות יסוד בנוגע לפעילותן של מערכות ביולוגיות מורכבות אחרות, כמו, לדוגמה, כיצד תאי המערכת החיסונית פועלים יחד כדי להילחם בזיהום. לתורה זו עשויים גם להיות שימושים בתכנון מערכות מבוזרות, כמו אנטנות לתקשורת סלולרית, רשתות של חיישנים אלחוטיים, ואף קבוצות רובוטים הממלאים תפקידי חילוץ והצלה.

האם המערכת השיתופית של הנמלים תעזור לעיבוד מידע קולקטיבי? אילוסטרציה: ingimage

מלכת הכיתה

בראש כל מושבת נמלים נמצאת המלכה, אולם היא אינה שולטת או מפעילה כל סוג של שליטה על הנמלים הפועלות. תפקידה העיקרי הוא להטיל ביצים. ללא שליט, כיצד מחלקות הנמלים את העבודה ביניהן? האם מדובר בארגון היררכי שבו לכל נמלה יש תפקיד מוגדר, או שכולן שוות? במחקרים קודמים חקר פיינרמן אם תכונות מסוימות, כמו ניסיון קודם, גיל, משקל הגוף ומיקום במרחב, קובעים את חלוקת התפקידים בקן. כדי לבחון זאת, הוא בדק כיצד מגיבות הנמלים לדרישות הולכות וגוברות במשימה מסוימת.

הנמלים מוקמו בקן מלאכותי, והמדענים ביצעו שינויים במשימות באמצעות הפסקת אספקת המזון, או הוספת זחלים חדשים במפתיע – כדי לבדוק אילו נמלים מתגייסות כדי לטפל במצב החדש. התברר כי הנמלים הרזות ביותר הן אלה שנחלצות לחפש מזון, והן גם אלה שמתגייסות להעביר את הצאצאים החדשים ש”הושתלו” בקן לאזור בו מטפלים בזחלים, אך הן אינן לוקחות חלק בטיפול בזחלים החדשים לאחר מכן. למעשה, משימת הטיפול בצאצאים מוטלת באופן אקראי על הנמלים שהזדמנו לסביבה, ללא קשר לגיל הנמלה, לניסיון או למשקל גוף.

“יציאת הנמלים הרזות לחיפוש מזון עשויה להיות אסטרטגיה טובה להישרדות המושבה, משום שאובדנן של הנמלים הללו יהיה יקר פחות למושבה כולה. נמלים אלה מושכות פחות טורפים, והודות לקלות התנועה שלהן הן יעילות יותר בביצוע המשימה. העובדה שמשימת הטיפול בצאצאים אינה תלויה בתכונות הנמלה מרמזת כי הגמישות בחלוקת התפקידים, ושיתוף פעולה כללי, הן תכונות חשובות להישרדות המושבה יותר, למשל, ממומחיות או ניסיון בביצוע משימה מסוימת, משום שגמישות תפקידים מאפשרת תגובה מהירה לתנאים משתנים”, אומר ד”ר פיינרמן.