Colônias de Formigas. Fabricio Breve 27/05/2015 Fabricio Breve

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1 Colônias de Formigas Fabricio Breve 27/05/2015 Fabricio Breve 1

2 Colônias de Formigas Colônias de formigas (e de outros insetos sociais) são sistemas distribuídos Seus indivíduos são simples Grupo apresenta uma organização social fortemente estruturada Colônias de formigas podem lidar com tarefas complexas Que em alguns casos estão além da capacidade das formigas individuais 27/05/2015 Fabricio Breve 2

3 Colônias de Formigas Algoritmos baseados em formigas investigam novos modelos computacionais Baseados no comportamento observado em formigas reais Colônias são fonte de inspiração para o desenvolvimento de novos algoritmos Utilizados para: Problemas de otimização Problemas de controle distribuído Problemas de agrupamento de dados Etc. 27/05/2015 Fabricio Breve 3

4 Colônias de Formigas Princípios de auto-organização Permitem o comportamento fortemente coordenado das formigas reais Podem ser utilizados para coordenar populações de agentes artificiais Que colaboram para resolver problemas computacionais 27/05/2015 Fabricio Breve 4

5 Formigas São insetos sociais que vivem juntos em colônias. Pertencem à ordem Hymenoptera Mesmo grupo em que se encontram as vespas e abelhas. Existem várias famílias de vespas e várias de abelhas Mas todas as formigas estão agrupadas em uma única família: Formicidae. 27/05/2015 Fabricio Breve 5

6 Onde Vivem Distribuem-se por todos os continentes com exceção dos polos. Estima-se que existam por volta de espécies de formigas sendo que já foram descritas. No Brasil existem aproximadamente espécies sendo que somente de 20 a 30 são consideradas pragas. As demais são extremamente benéficas. 27/05/2015 Fabricio Breve 6

7 Benefícios das Formigas Dispersam sementes contribuindo para o reflorestamento de muitos ecossistemas, como o Cerrado, a Mata Atlântica, a Caatinga e os Campos Promovem a germinação das sementes, pois removem a polpa dos frutos Polinizam flores, quando se alimentam de substâncias vegetais (seiva, néctar, sucos) e de líquidos açucarados secretados por outros insetos 27/05/2015 Fabricio Breve 7

8 Benefícios das Formigas Fazem a poda de algumas plantas promovendo seu crescimento vegetativo Exercem importante papel na aeração do solo Incorporam matéria orgânica à terra tornando-a fértil São predadoras de diversos artrópodes, muitos deles pragas agrícolas, além de serem predadoras de outras espécies de formigas 27/05/2015 Fabricio Breve 8

9 Pragas As espécies consideradas pragas são: Formigas cortadeiras Saúvas e Quenquéns (gêneros Atta e Acromyrmex) Formigas domésticas Formiga-fantasma (Tapinoma melanocephalum) Formiga-louca (Paratrechina longicornis) Formiga lava-pés (Solenopsis spp.), Formiga cabeçuda (Pheidole spp.) Formiga carpinteira ou sará-sará (Camponotus spp.) Formiga acrobática (Crematogaster spp.) Formiga Argentina (Linepithema humile) Pixixica ou pequena formiga de fogo (Wasmannia auropunctata) Formiga do faraó (Monomorium pharaonis). 27/05/2015 Fabricio Breve 9

10 Saúva Colônia de formigas 'fantasma' com rainha: espécie é a mais comum em SP (Foto: Francisco J. Zorzenon) Formiga Louca Formiga Lavapés Formiga Carpinteira Formiga Acrobata Formiga Argentina Formiga do Faraó 27/05/2015 Fabricio Breve 10

11 Sentidos O sentido mais desenvolvido da formiga é o faro. Dispõem de glândulas abdominais que excretam diversos feromônios Substâncias químicas que causam reações específicas da parte de outros indivíduos. Alarme Atração sexual Marcadores de caminhos Reconhecimento de outros indivíduos 27/05/2015 Fabricio Breve 11

12 Sentidos Formigas têm um senso bem desenvolvido de paladar São capazes de distinguir entre sabores amargos, doces, azedos e salgados. Também têm um senso de tato desenvolvido. Receptores tácteis se localizam nos pés e nos pelos da perna. Antenas são usadas para determinar cheiro e sabor, e para tocar objetos. Algumas espécies de formigas apresentam olhos compostos e visão bem desenvolvida. Outras têm olhos simples que só podem distinguir entre claro e escuro. Algumas espécies de formigas são completamente cegas. 27/05/2015 Fabricio Breve 12

13 Lares Normalmente instalam seus ninhos no chão. Terra escavada para fazer o ninho pode ser empilhada ao lado da abertura, formando um monte. O ninho é composto de diversos túneis longos que conduzem a câmaras. As câmaras servem como área de armazenagem de comida e como berçários para os filhotes. 27/05/2015 Fabricio Breve 13

14 Lares Algumas formigas vivem na madeira de árvores ou troncos apodrecidos. As formigas trabalhadoras de uma espécie arbórea fazem ninhos tecendo folhas que unem por meio de fios de seda excretados por suas larvas. Algumas formigas têm territórios bem definidos e constroem ninhos permanentes. Outras são nômades, construindo ninhos novos a cada deslocamento. Algumas formigas compartilham seus ninhos com formigas de espécies diferentes e ocasionalmente com outras espécies de insetos, ou com aranhas. Algumas formigas fazem seus ninhos em moradias humanas, especialmente em painéis de revestimento de madeira ou fundações. 27/05/2015 Fabricio Breve 14

15 Alimentação Algumas espécies de formigas comem insetos vivos enquanto outras se alimentam apenas de matéria animal em decomposição. Outras cultivam e comem fungos. Algumas recolhem sementes e grãos para se alimentar. Diversas espécies cuidam de rebanhos de afídeos e insetos escamosos para obter o líquido açucarado que eles excretam. 27/05/2015 Fabricio Breve 15

16 Alimentação Componentes bucais especiais para apanhar e comer alimentos. Mandíbulas: se movem lateralmente e servem para segurar comida, carregar filhotes e combater inimigos. Maxilas: usadas para mastigar. Estômago: para onde vai a comida que a formiga come para si mesma Bucho: comida que será dividida com outras formigas Para alimentar larvas e outras formigas. Formigas famintas podem acariciar outras formigas ou tocá-las com as antenas para pedir comida. 27/05/2015 Fabricio Breve 16

17 Vida Social Formigas, cupins, muitas abelhas e algumas vespas têm verdadeiras vidas familiares. Vivem em comunidade e os membros da comunidade dependem uns dos outros. Se alimentam e protegem umas às outras. Criam e cuidam de seus filhotes. Essa forma de vida difere muito da adotada pelos insetos solitários, que passam a maioria, ou ocasionalmente, todas as suas vidas sozinhos. 27/05/2015 Fabricio Breve 17

18 Vida Social Uma comunidade de formigas é conhecida como formigueiro. A vida em um formigueiro é altamente organizada. Cada membro tem uma função a cumprir Colocar ovos Reunir alimentos Lutar Etc. 27/05/2015 Fabricio Breve 18

19 Castas Sociais Divisão de tarefas está relacionada à presença de diferentes castas Em um formigueiro geralmente existem 2 castas de formigas Casta das reprodutoras Rainhas Machos Casta das estéreis ou operárias 27/05/2015 Fabricio Breve 19

20 Rainhas As maiores formigas da colônia Aladas até serem fecundadas Vivem muitos anos controlando à colônia Rainhas de saúvas podem viver até 20 anos Rainhas de colônias domésticas vivem de 2 a 4 anos Responsáveis pela postura dos ovos 27/05/2015 Fabricio Breve 20

21 Rainhas São fecundadas durante voo nupcial Quando ocorre encontro e cópula com machos Dependendo da espécie, a rainha pode copular com até 8 machos Ovos férteis não fecundados produzem machos Ovos férteis fecundados produzem fêmeas Alimentação posterior define se serão rainhas ou operárias 27/05/2015 Fabricio Breve 21

22 Rainhas Em geral, as colônias têm apenas uma rainha Colônia monogínica Quando rainha morre, o formigueiro morre Em algumas espécies, em geral domésticas, mais de uma rainha pode ser fecundada Colônia poligínica Em geral, rainhas de espécies poligínicas vivem menos do que aquelas das espécies monogínicas Em compensação, a capacidade da colônia em produzir novas rainhas é maior (ocorre várias vezes por ano) 27/05/2015 Fabricio Breve 22

23 Machos Alados e de vida muito curta Mantém as asas até a morte Morre geralmente dentro de 2 semanas Morrem após o acasalamento Sua função é unicamente reprodutiva 27/05/2015 Fabricio Breve 23

24 Operárias Formigas vistas no dia-a-dia Todas são fêmeas Normalmente vivem de 2 a 3 meses Durante toda sua vida trabalham para a colônia Realizam todo o trabalho pesado para sustentar o formigueiro Não são férteis Exceção: operárias ovopositoras põem ovos tróficos (ovos de alimentação) ou ovos que produzem machos 27/05/2015 Fabricio Breve 24

25 Operárias Atividades realizadas pelas operárias Escavação e limpeza do ninho Procura e transporte de água e alimento para o ninho Também chamada de forrageamento Alimentação: Larvas e rainha(s) Outras operárias Cuida da prole Defesa da colônia Etc. 27/05/2015 Fabricio Breve 25

26 Operárias Pode incluir soldados Para alguns autores, são uma outra casta São formigas operárias maiores, com cabeça desproporcional e mandíbula fortalecida Sua função é defender a colônia do ataque de inimigos Também são todas fêmeas 27/05/2015 Fabricio Breve 26

27 Operárias Polimorfismo Quando ocorre diferenciação de tamanho e forma no corpo das operárias de formigas diz-se que a espécie é polimórfica. Monomorfismo Quando as operárias são do mesmo tamanho são chamadas de monomórficas. 27/05/2015 Fabricio Breve 27

28 Castas Sociais 27/05/2015 Fabricio Breve 28

29 Operárias Cada operária desempenha um papel específico As operárias jovens realizam melhor as tarefas dentro do ninho Ex.: cuidar das larvas As mais velhas saem para forragear em busca de alimentos ou escavar galerias As muito velhas se dedicam a manejar os desperdícios dentro da colônia 27/05/2015 Fabricio Breve 29

30 Ciclo de Vida Formigas tem metamorfose completa Ovo Larva Pupa Adulto 27/05/2015 Fabricio Breve 30

31 Ciclo de Vida Ovos Tamanho microscópico, difíceis de serem visualizados a olho nu. Larvas Não possuem pernas e são de coloração esbranquiçada, passam por vários estágios Bastante pequenas no primeiro estágio, depois trocam de pele e entram em fase de crescimento Após o último estágio a larva para de se alimentar e entra em um estágio denominado pupa. Pupa Algumas espécies apresentam uma pupa coberta por um casulo de seda Outras espécies assemelham-se com o adulto, porém com a cor branca. Neste estágio a formiga não se alimenta e não anda. Adulta São as formigas que vemos andando por todo lado. Rainhas e machos nascem também da mesma maneira. Uma vez atingindo a fase adulta a formiga não mais crescerá. 27/05/2015 Fabricio Breve 31

32 Formação de Colônias A fundação de uma nova colônia ocorre quando a colônia está madura Com elevada densidade populacional Pode ocorrer de duas formas Voo nupcial de uma formiga rainha Fragmentação de uma colônia já existente (sociotomia) 27/05/2015 Fabricio Breve 32

33 Formação de novas colônias pelo Voo Nupcial Até milhões de indivíduos saem para o voo nupcial Maioria morre Devorados por outros animais Em decorrência de condições climáticas adversas Porque as rainhas não encontram local adequado para iniciar um novo ninho 27/05/2015 Fabricio Breve 33

34 Formação de novas colônias pelo Voo Nupcial Se tiver sucesso e encontrar um local adequado, a rainha: Escavará uma pequena câmara e se fechará nela para sempre Iniciará a postura dos primeiros ovos, onde eclodirão as primeiras larvas Alimentará estas larvas depositando ovos especiais, maiores que os normais Ovos de alimentação ou ovos tróficos 27/05/2015 Fabricio Breve 34

35 Formação de novas colônias pelo Voo Nupcial As primeiras operárias abrirão a câmara e iniciarão o processo de procura de alimento Para alimentar as larvas recém eclodidas e a rainha Enquanto a rainha estiver no período de fundação da colônia ela sobreviverá do metabolismo dos músculos alares Transformados em energia para sua sobrevivência Enquanto em sua colônia de origem, ela armazena energia suficiente para sobreviver ao período de fundação 27/05/2015 Fabricio Breve 35

36 Formação de novas colônias por Fragmentação Ocorre nas espécies poligínicas Rainhas, e operárias com crias partem para novos locais e fundam ali uma nova colônia Pode ocorrer naturalmente Pode ser induzida: Quando ocorre aumento excessivo de temperatura e umidade Na presença de substâncias repelentes Exemplo: inseticidas 27/05/2015 Fabricio Breve 36

37 Colônias Geralmente a colônia se estabelece no solo, formando um único ninho compacto Monodômico (mono = um e domico = dormitório) Algumas espécies constroem seus ninhos em vários locais Distribuídos de forma interligada entre si Polidômico (poli = muitos e domico = dormitório) Podem estar separados por distâncias que variam de centímetros até dezenas de metros 27/05/2015 Fabricio Breve 37

38 Maiores Colônias Até 2002 maior colônia conhecida: Ishikari, Japão Estimativa: 306 milhões de operárias, 1 milhão de rainhas vivendo em ninhos interconectados em uma área de 2,7 Km 2 Em 2002 foi encontrada no sudeste da Europa uma supercolônia de ninhos se prolongando por quase 5760 Km Bilhões de formigas argentinas vivendo em milhões de ninhos Em 2004 foi encontrada uma colônia de aproximadamente 100 Km de largura em Melbourne, Austrália 27/05/2015 Fabricio Breve 38

39 Colônias de Saúvas Impressionam pela complexidade e tamanho Cultivam seu próprio alimento, um fungo A saúva não vive sem o fungo e vice-versa Precisam cortar várias folhas para cultivo do fungo no interior da colônia Causam sérios danos à agricultura, aos canaviais e ao reflorestamento de Pinus Infestam muitas cidades do interior da região sudeste Possuem uma única rainha 27/05/2015 Fabricio Breve 39

40 Colônias de Saúvas Ninho (formigueiro) Quando maduro, abarca um volume de cerca de 20 metros de diâmetro e 5 metros de profundidade Apresenta várias câmaras (panelas) e galerias Galerias: canais que ligam as câmeras Na superfície do solo, apresenta monte de terra solta e olheiros Olheiros: orifícios das galerias que se comunicam com o exterior 27/05/2015 Fabricio Breve 40

41 Ninhos Uma colônia também abriga outros insetos ou animais Ex.: ácaros, aranhas, besouros, cobras, cupins, lagartixas, moscas, entre outros Muitos deles habitam a câmara de lixo dos ninhos Alguns se alimentam dos alimentos deixados pelas formigas e seus excrementos Outros utilizam odores para que sejam confundidos com as crias das formigas Assim, são alimentados pelas operárias como larvas de formigas 27/05/2015 Fabricio Breve 41

42 Ninhos Tamanho de uma colônia pode variar de uma dezena a alguns milhares de formigas A maioria das formigas constrói um tipo de ninho específico para sua espécie Podendo haver uma grande variedade de ninhos Uma mesma espécie pode construir mais de um tipo de ninho Dependendo de: Condições climáticas da região que habita Facilidades que oferece o ecossistema Estação do ano 27/05/2015 Fabricio Breve 42

43 Ninhos Ninhos também podem ser classificados segundo o ambiente em que são construídos: Ninhos arbóreos Construídos em árvores Superficiais Construídos acima do solo Subterrâneos Construídos dentro do solo Os mais comuns 27/05/2015 Fabricio Breve 43

44 Formigas Apresentam uma grande diversidade de comportamentos e formas Tamanho varia entre 1 mm e 4 cm Pode carregar mais que 25 vezes seu peso Algumas podem carregar 50 vezes seu peso 27/05/2015 Fabricio Breve 44

45 Formigas Existe uma grande diferença entre aspectos biológicos e comportamentais nas diferentes espécies Formigas rurais Formigas domésticas Menos de 50 espécies estão adaptadas ao ambiente urbano 27/05/2015 Fabricio Breve 45

46 Formigas Urbanas Associação com o homem Migração: tendência em mudar frequentemente o ninho de local Populações unicoloniais: ausência de comportamento agressivo entre indivíduos de mesma espécie pertencentes a ninhos diferentes que ocupam uma mesma área Alta agressividade interespecífica Poliginia: não existe qualquer agressão entre as rainhas e nem tentativa de dominância 27/05/2015 Fabricio Breve 46

47 Formigas Urbanas Reprodução: responsável pela dispersão das espécies Muitas espécies aboliram o voo nupcial A colônia se reproduz por sociotomia As operárias são muito pequenas Longevidade das rainhas: em geral é muito pequena Operárias estéreis: as operárias nunca desenvolvem os ovários 27/05/2015 Fabricio Breve 47

48 Comunicação As formigas geralmente se comunicam através de: Substâncias químicas voláteis (odores) Substâncias solúveis (sabores) Quando produzidas pelos indivíduos para se comunicar com outros indivíduos da sua espécie, essas substâncias são denominadas feromônios As formigas possuem glândulas exócrinas especializadas Que secretam os feromônios de forma controlada 27/05/2015 Fabricio Breve 48

49 Comunicação Existem diferentes tipos de feromônio: Feromônio de alarme Altamente volátil Se dispersa no ar a uma distância relativamente grande (» 60 cm) Alerta as companheiras de algum perigo Toda a colônia pode ser alertada em segundos Feromônio de recrutamento Depositado no solo, em forma de trilha, para informar às companheiras da presença de alimento Feromônio territoriais Secreções utilizadas para marcar os territórios de uso exclusivo da colônia 27/05/2015 Fabricio Breve 49

50 Comunicação Reconhecimento individual As formigas utilizam substâncias voláteis de diversas origens sobre o seu corpo como sinal de reconhecimento 27/05/2015 Fabricio Breve 50

51 Comunicação Outras formas de comunicação utilizadas pelas formigas: Visual Sonora Táctil Feromônios iniciadores 27/05/2015 Fabricio Breve 51

52 Comunicação Visual Algumas vezes, a comunicação também ocorre por mecanismos visuais Ex.: formigas do gênero Myrmecocystus realizam batalhas na forma de rituais com operárias de ninhos vizinhos Cada formiga realiza uma dança na frente do inimigo, onde eleva o abdome dando a aparência de um indivíduo maior Como resultado, intimida o inimigo e recruta mais companheiras do seu ninho A colônia que recrutar maior número de operárias para a dança é considerada a vencedora Algumas espécies são completamente cegas 27/05/2015 Fabricio Breve 52

53 Comunicação Sonora Formigas podem utilizar som para a comunicação Elas produzem som ao friccionar uma região específica do abdome com uma saliência cuticular presente nesta área As formigas percebem o som graças a receptores especiais em suas patas 27/05/2015 Fabricio Breve 53

54 Comunicação Tátil Com frequência as operárias realizam um contato boca a boca (trofalaxia) Ocorre a troca de alimento, precedido de um contato mútuo com as antenas Nestes contatos uma formiga cede alimento a outra 27/05/2015 Fabricio Breve 54

55 Feromônios Iniciadores Ao serem detectados por uma formiga, induzem um processo fisiológico que as transformam de algum modo Em muitas espécies de formigas, a rainha os segrega para inibir o desenvolvimento dos ovários das operárias Mantendo-as estéreis 27/05/2015 Fabricio Breve 55

56 Feromônio de Recrutamento Frequentemente utilizado para encontrar fonte de alimento Depositado na trilha percorrida pela formiga em sua busca por alimento (e retorno ao ninho) Quanto mais formigas passarem na trilha, maior a quantidade de feromônio depositada Quanto mais recente a passagem da formiga, maior a quantidade de feromônio na trilha Quanto maior a quantidade de feromônio na trilha, mais formigas são atraídas 27/05/2015 Fabricio Breve 56

57 Feromônio de Recrutamento No início, formigas percorrem caminhos aleatórios A presença de feromônio na trilha permite que o caminho mais curto entre o ninho e a fonte de alimento seja encontrado Caminho mais curto entre ninho e fonte de alimento Percorrido com maior frequência Recebe mais feromônio Atrai mais formigas (feedback positivo) 27/05/2015 Fabricio Breve 57

58 Menor Caminho 27/05/2015 Fabricio Breve 58

59 Resultados de Experimentos Na existência de mais de um caminho entre ninho e fonte de alimentos, formigas acabam seguindo o menor caminho A construção de um menor caminho não faz as formigas mudarem o caminho anterior, mais longo, por ele Se existir mais de um menor caminho, as formigas optarão por um deles de forma aleatória 27/05/2015 Fabricio Breve 59

60 Resultados de Experimentos Se houver duas fontes de alimento, uma delas mais abundante, esta será escolhida pelas formigas A oferta de uma fonte mais abundante após a escolha de outra fonte, para a maioria das espécies, não faz com que as formigas mudem de opção Se duas fontes iguais são oferecidas, uma delas será escolhida arbitrariamente 27/05/2015 Fabricio Breve 60

61 Resultados de Experimentos Se houver mais de uma fonte, as formigas exploram uma fonte de cada vez Motivação pode ser evolutiva Quanto mais formigas houver na trilha, mais resistente ela se torna a inimigos e condições adversas 27/05/2015 Fabricio Breve 61

62 Referências Bibliográficas CASTRO, Leandro Nunes. Fundamentals of Natural Computing: Basic Concepts, Algorithms, And Applications. CRC Press, CARVALHO, André Ponce de Leon F. de. Notas de Aula, br/urbano/pragas_urbanas/formigas_ -_pragas_urbanas.html /05/2015 Fabricio Breve 62