Enkla underliggande regler ger komplexa aktivitetsmönster

I en ny studie av forskare vid Uppsala universitet och Universidad de La Habana används matematiska modeller och experiment med myror för att visa hur grupper kan utveckla flexibla styrningsstrategier på egen hand, oberoende av intryck från omgivningen. Studien publiceras nu i den vetenskapliga tidskriften Physical Review Letters.

När individer i sociala grupper ska styra sina aktiviteter och besluta om hur olika tillgångar ska tas om hand påverkas de av olika former av miljömässig stimuli och samarbetsorienterade interaktioner med andra individer.

Studien som nu publiceras har letts av Stamatios Nicolis, matematikforskare vid Uppsala universitet. I experimenten följde forskarna aktivitetsprofilen hos födosökande myror i naturlig miljö. Antalet myror som gick in eller ut ur boet registrerades och likaså den lokala temperaturen över flera dagar.  

Forskarna kan nu, genom matematisk modellering, visa att grupper klarar av att utveckla flexibla styrningsstrategier och karaktäristiska reaktioner på egen hand, snarare än att passivt och blint styras av signaler från omgivningen. Detta uppnås genom att gruppen fungerar på ett oregelbundet sätt, på gränsen till kaos, med asymmetriska aktivitetscykler som emellanåt hoppar ur synkronisering och tillfälligt når oväntat höga eller låga nivåer. Detta erbjuder gruppen fler val än att bara passivt följa temperaturcykeln mellan dag och natt.

Vidare har forskarna kunnat se att myrgruppen störtar hastigt ut i sitt sökande efter föda och att de därefter långsamt slappnar av mot ett mer sysslolöst läge. Detta flexibla beteende påminner om ’fri vilja’ i avseendet att gruppernas aktivitet inte fullständigt begränsas av miljön utan snarare utgör nya spontant uppstående beteendemönster som inte direkt härrör från extern stimuli eller aktivitetsrytmerna hos de enskilda individerna i gruppen.

-   Våra resultat kan troligtvis förklara en mängd tidsberoende strukturer som observerats i djurvärlden samt i mänskliga samhällen i samband med exempelvis signalbearbetning i hjärnan, säger Stamatios Nicolis.

"Foraging at the edge of chaos:  Internal clock versus external forcing" by "S. C. Nicolis, J. Fernández, C. Pérez-Penichet, C. Noda, F. Tejera, O. Ramos, D. J. T. Sumpter, and E. Altshuler, Phys. Rev. Lett. 110, 268104 (2013), DOI: 10.1103/PhysRevLett.110.268104

F Stamatios Nicolis, tel: + 46 18-471 3236, e-mail: snicolis@math.uu.se