How to deal with the disadvantages of living in dense societies: Traffic rules in leaf-cutting ants

Abstract

Transporting food from production centers to consumption centers is a challenge for densely populated societies. To avoid delays, the trail system must be efficient and the behavior of the transporters must reduce the probability of collisions. This work, describes how Leaf-Cutting Ants (LCA) solve these dilemmas by optimizing their trail design and performing behaviors that avoid bottlenecks and delays. On the one hand, the LCA build trails wide enough to avoid traffic jams at times of peak foraging activity. Also, at the bifurcation points, the sum of the branching trail widths is always higher than the width of the precedent trunk trail. Finally, LCA builds their branching trails with angles that reduce the maintenance cost of the new trail sector or of the total trail length, depending on which factor is more limiting. On the other hand, LCA shows a range of behaviors that avoid delays: minima workers can travel on the leaf fragments thereby reducing flux density, unloaded workers remove obstacles from the trail, ants carry extra-large loads mainly during situations of low traffic, ants maintain their lane when turning, and foragers show priority rules during jam situations. These examples illustrate how ants, using simple behavioral rules that arise from positive interactions among individuals, can solve complex problems such as traffic regulation.

Transportar alimentos desde los centros de producción hacia los centros de consumo es un desafío para las sociedades densamente pobladas. Para evitar retrasos, el sistema de senderos debe ser eficiente y el comportamiento de los transportistas debe reducir la probabilidad de colisiones. En este trabajo se describe cómo las hormigas cortadoras de hojas (HCH) lidian con ese dilema, a través de la construcción de senderos de forrajeo que minimizan los embotellamientos y mediante comportamientos que reducen los retrasos. Por un lado, las HCH construyen senderos que son suficientemente anchos como para evitar aglomeraciones en los momentos de máxima actividad. En adición, en lo puntos de bifurcación la suma del ancho de las ramificaciones siempre es mayor que el sendero troncal precedente, lo cual agiliza el tránsito. Finalmente, las HCH construyen bifurcaciones del sendero troncal con ángulos que reducen el costo de mantenimiento del nuevo tramo o del recorrido total, dependiendo de cuál factor sea más limitante. Por otra parte, las hormigas muestran un abanico de comportamientos que evitan los retrasos: pueden viajar sobre los fragmentos de hojas y reducir así la densidad de flujo, remueven obstáculos para minimizar aglomeraciones, acarrean cargas pesadas en los momentos de menor tránsito, mantienen el carril al doblar, y establecen prioridades en situaciones de “embotellamientos”. Estos ejemplos ilustran cómo las hormigas, emplean reglas simples de comportamiento que surgen de interacciones positivas entre los individuos, para resolver problemas complejos como la regulación del tránsito.