چرا مورچه‌ها در کار گروهی از انسان‌ها بهترند؟

به گزارش مجله خبری نگار/گجت نیوز،با این حال، هرچه شمار اعضای تیم افزایش می‌یابد، کارایی هر فرد نه‌تنها بهبود نمی‌یابد، بلکه حتی ثابت نمی‌ماند و به‌طور محسوس کاهش پیدا می‌کند. این پدیده به نام اثر رینگلمن شناخته می‌شود؛ عنوانی برگرفته از نام مهندس فرانسوی، ماکس رینگلمن، که در اواخر قرن نوزدهم آن را شناسایی کرد. رینگلمن در آزمایش‌های خود نیرویی را که دانشجویان هنگام کشیدن یک طناب وارد می‌کردند، اندازه‌گیری نمود. نتایج نشان داد که با اضافه شدن تعداد بیشتری دانشجو به فعالیت، نیروی کل افزایش می‌یافت، اما میانگین نیروی تولیدشده توسط هر فرد به‌طور چشمگیری کم می‌شد. این افت ناشی از دو عامل اساسی بود: نخست دشواری هماهنگی و سازماندهی در گروه‌های بزرگ‌تر و دوم پدیده‌ای موسوم به کاهلی اجتماعی؛ گرایشی که افراد وقتی در گروه احساس مسئولیت‌پذیری کمتری دارند، تلاش خود را به‌طور ناخودآگاه کاهش می‌دهند. مورچه‌ها در کار گروهی از انسان‌ها بهترند با این وجود، در طبیعت مشاهده می‌کنیم که بسیاری از گونه‌های جانوری، از ماهیان گرفته تا گله‌های شیرها، به شکلی موفقیت‌آمیز در گروه‌های بزرگ همکاری می‌کنند. این پرسش مطرح می‌شود که آیا آنها به طریقی توانسته‌اند بر این افت کارایی غلبه کنند؟ اگر قرار باشد در قلمرو حیوانات گونه‌ای وجود داشته باشد که چنین مانعی را پشت سر بگذارد، بی‌شک مورچه‌ها هستند. در پژوهشی تازه که در مجله Current Biology منتشر شده است، هدف بررسی این موضوع بود که آیا زنجیره‌های مورچه‌های بافنده نیز تحت تأثیر اثر رینگلمن قرار می‌گیرند یا خیر. کار گروهی در مورچه‌ها مورچه‌های بافنده (Oecophylla smaragdina) نمونه‌ای برجسته از هماهنگی جمعی در دنیای حشرات هستند. این مورچه‌ها قهرمانان کار گروهی به‌شمار می‌روند، زیرا قادرند در کلنی‌هایی با جمعیت میلیون‌ها عضو وظایفی پیچیده را بدون آشفتگی و با هماهنگی کامل انجام دهند. مورچه‌های بافنده آشیانه‌های خود را در میان شاخه‌های درختان می‌سازند. آنها این کار را با کشیدن برگ‌های زنده به سوی یکدیگر و اتصال آنها با ابریشم تولیدشده توسط لارو‌ها انجام می‌دهند. برای تحقق این هدف، زنجیره‌هایی موسوم به pulling chains تشکیل می‌دهند؛ بدین‌گونه که هر مورچه با آرواره‌های خود کمر مورچه دیگر را گرفته و همگی با هم نیروی کششی وارد می‌کنند. با وجود اهمیت این سازوکار، هرگز مزیت مکانیکی چنین زنجیره‌هایی مورد بررسی دقیق قرار نگرفته بود. در مطالعه جدید، مورچه‌ها تشویق شدند تا زنجیره‌هایی برای کشیدن یک برگ مصنوعی کاغذی ایجاد کنند که به دستگاه اندازه‌گیری نیرو متصل شده بود. این دستگاه به‌طور پیوسته نیروی جمعی تولیدشده توسط آنها را ثبت می‌کرد. به این ترتیب، هنگامی که مورچه‌های بیشتری به زنجیره اضافه یا از آن خارج می‌شدند، تغییرات خروجی نیرو در لحظه قابل مشاهده بود. بیشتر بخوانید مورچه‌ها در کلنی خود، جراح و دکتر دارند این انگل می‌تواند طول عمر مورچه‌ها را تا سه برابر افزایش دهد مورچه‌ها از روی ادرار انسان سرطان را تشخیص می‌دهند دانشمندان تعداد مورچه‌های جهان را تخمین زدند؛ ۲.۵ میلیون برابر انسان‌ها! فرضیه محققان این بود که با بزرگ‌تر شدن زنجیره‌ها، نیروی متوسط هر مورچه کاهش خواهد یافت؛ این ایده بر اساس پژوهش‌های پیشین روی مورچه‌ها پشتیبانی می‌شد. برای نمونه، مورچه‌های آتشین (Solenopsis invicta) که در هنگام وقوع سیلاب به‌طور دسته‌جمعی به شکل توپ‌های چسبنده و قایق‌مانند درمی‌آیند، هنگامی که توسط محققان از هم جدا شدند، نشان دادند که گروه‌های بزرگ‌تر مقاومت کمتری به ازای هر مورچه ارائه می‌دهند و اثر رینگلمن در آنها مشاهده می‌شود. اما برخلاف انتظارات، نتایج نشان داد که وقتی مورچه‌های بافنده بیشتری به تیم کشش اضافه شدند، نیروی کل همان‌طور که انتظار می‌رفت افزایش یافت، اما در عین حال نیروی واردشده توسط هر مورچه نیز بیشتر شد. به بیان دیگر، هر عضو در گروه بزرگ‌تر کارآمدتر از قبل عمل کرد. تقسیم کار در مورچه‌ها مورچه‌های بافنده چگونه به سطحی از فوق‌کارایی دست می‌یابند؟ آیا موضوع تنها به افزودن تعداد بیشتری مورچه به گروه محدود می‌شود؟ پاسخ لزوماً مثبت نیست. مشاهدات نشان داده که این میزان کارآمدی خارق‌العاده بیش از هر چیز به شیوه‌ای که مورچه‌ها خود را سازمان‌دهی و آرایش می‌کنند وابسته است. زمانی که مورچه‌های بافنده در یک ردیف کشیده و ممتد قرار گرفتند، عملکرد آنها به‌طور محسوسی بهتر از زمانی بود که چندین زنجیره کوتاه‌تر تشکیل دادند. در واقع، یک ساختار طولانی و پیوسته شرایطی فراهم می‌کند که انتقال نیرو در امتداد کل زنجیره هماهنگ‌تر و مؤثرتر صورت گیرد. محققان همچنین دریافتند که وضعیت بدنی مورچه‌ها بسته به جایگاه‌شان در زنجیره تغییر می‌کند. آن دسته از مورچه‌هایی که در انتهای ردیف قرار گرفته‌اند پا‌های عقبی خود را تا حد ممکن کشیده نگاه می‌دارند که موجب می‌شود بتوانند بدون تلاش فعالانه، نیروی برگشتی ناشی از مقاومت برگ یا سطح مورد کشش را خنثی کنند. در مقابل، مورچه‌هایی که در میانه یا قسمت جلویی زنجیره حضور دارند حالت بدنی خمیده‌تری به خود می‌گیرند که معمولاً با کشش فعال و اعمال نیروی مستقیم همراه است. این الگوی متفاوت به‌خوبی دلالت بر وجود نوعی تقسیم وظایف درون زنجیره‌های کششی دارد. در آزمایشی که شامل مورچه‌هایی برای کشیدن کاغذ بود، مکانیزمی پیشنهاد شد که آن را یا Force Ratchet نامیدند. بر خلاف انتظار اولیه، ضعیف‌ترین بخش این زنجیره‌ها اتصال مورچه‌ها به یکدیگر نبود، بلکه نقطه آسیب‌پذیر اصلی چسبندگی آنها به زمین محسوب می‌شد. هنگامی که یک مورچه به‌طور منفرد اقدام به کشیدن می‌کند، بیشترین نیرویی که قادر به تولید آن است به‌واسطه لغزش محدود می‌شود. اما در یک زنجیره، مورچه‌های عقب به عنوان مقاومت‌کنندگان غیرفعال عمل می‌کنند و با افزایش سطح تماس با زمین، مانع از لغزش می‌شوند. این امر شرایطی فراهم می‌آورد تا مورچه‌های جلویی با توان بیشتری بکشند و در عین حال نیرو در طول زنجیره ذخیره و منتقل گردد. چنین تقسیم کاری باعث می‌شود نیرو تثبیت شود و از عقب‌گرد جلوگیری به عمل آید. هرچه تعداد بیشتری مورچه در این سازوکار وارد شوند، نتیجه صرفاً جمع جبری نیرو‌ها نیست، بلکه پدیده‌ای کیفی و متفاوت شکل می‌گیرد. مدل پیشنهادی، چشم‌انداز تازه‌ای ارائه می‌دهد که نشان می‌دهد چگونه گروه‌ها قادرند بر مشکل متداولی همچون اثر رینگلمن غلبه کنند. در اثر رینگلمن، با افزایش تعداد افراد، بهره‌وری فردی کاهش می‌یابد؛ اما در مورد مورچه‌های بافنده، افزوده شدن افراد نه‌تنها باعث افت کارایی نمی‌شود، بلکه می‌تواند به شکل‌گیری نیرویی مضاعف منجر گردد. مورچه‌ها و دنیای ربات‌ها این پژوهش، پیامد‌های گستره‌ای فراتر از زیست‌شناسی دارد و به‌طور خاص حوزه رباتیک را نیز در بر می‌گیرد. در رباتیک ازدحامی یا Swarm Robotics، گروهی از ربات‌های کوچک و کم‌هزینه به گونه‌ای طراحی می‌شوند که با همکاری یکدیگر وظایفی را انجام دهند که هیچ عضو منفردی قادر به تحقق آن نیست. با این حال، تا امروز ربات‌های کشنده تنها به سطح مشخصی از مقیاس‌پذیری خطی دست یافته‌اند؛ یعنی اگر تعداد روبات‌ها دو برابر شود، نیروی خروجی هم فقط دو برابر خواهد شد. این بدان معناست که ربات‌ها شاید از مشکل رینگلمن رنج نمی‌برند، اما به سطح فوق‌کارایی نیز نرسیده‌اند. برنامه‌ریزی ربات‌ها با الگوبرداری از راهبرد‌های مورچه‌های بافنده می‌تواند کارایی آنها را به میزان چشمگیری افزایش دهد و ماشین‌ها را قادر سازد تا به چیزی فراتر از مجموع اجزای خود تبدیل شوند. یافته‌های محققان همچنین عمومیت اثر رینگلمن را به چالش می‌کشد. در برخی موارد، هنگامی که سخن از کار گروهی به میان می‌آید، «بیشتر» به معنای «متفاوت» است. دست‌کم برای برخی حیوانات، افزایش تعداد واقعاً به معنای کارایی بیشتر است. اگر مورچه‌های بافنده در آشپزخانه به کار گرفته می‌شدند، می‌توان گفت بی‌تردید بهترین آش را می‌پختند. ∎