Insetos sociais como sistemas complexos : redes de interação social em Odontomachus Chelifer(Latreille 1802) (Hymenoptera: Formicidae)

Abstract

Resumo: Investigacoes sobre organismos sociais como sistemas complexos, juntamente a aplicacao da teoria de redes sociais para compreensao de padroes comportamentais, vem ganhando grande espaco dentro da biologia nos ultimos anos. Neste trabalho, analisamos caracteristicas estruturais das redes de interacao social em colonias de formigas da especie Odontomachus chelifer. Estas caracteristicas foram investigadas de acordo com os avancos mais recentes na teoria de grafos embasada pela metodologia de analise de redes sociais. Duas colonias com rainhas foram coletadas entre marco e abril de 2011 na cidade de Curitiba, Parana. Apos a coleta, as colonias foram mantidas em ninhos artificiais de gesso e aclimatadas por 3 semanas antes das observacoes. As interacoes de limpeza social e comportamentos agonisticos de dominancia, assim como os pares de individuos que interagiram, foram registrados para ambas colonias em um total de 20 horas de observacao. A partir destes dados, tres sociogramas foram construidos para cada colonia: i) rede total de interacoes, ii) rede de limpeza social e iii) rede de interacoes de dominancia. As analises corresponderam a caracterizacao de metricas basicas das redes, sua distribuicao de graus e evolucao das metricas ao longo do gradiente temporal. O tamanho da rede, numero de interacoes e conectancia variaram de acordo com cada colonia. O caminho minimo medio e o coeficiente de agrupamento nao diferiram do esperado para redes aleatorias, de modo que as redes nao apresentaram caracteristica de mundo pequeno. A distribuicao de graus assemelha-se ao esperado para redes aleatorias, sendo diferente de um padrao livre-deescala ou larga-escala. Ela foi caracterizada como heterogenea, decrescente e enviesada para a direita. Padroes semelhantes ja foram relatados para outras redes de interacao em insetos sociais e podem conferir vantagens adaptativas para o funcionamento da colonia. O crescimento do numero de vertices ao longo do tempo foi bem descrito por uma lei de potencia, e as caracteristicas estruturais variaram consideravelmente de acordo com o gradiente temporal. Um maior numero de estudos sobre a estrutura e dinamica da redes de interacoes sociais em formigas podem ser de grande contribuicao para o estudo de fenomenos complexos, assim como oferecer novas maneiras de se compreender a ecologia comportamental e o impacto da estrutura social em processos evolutivos.

Abstract: Investigations regarding social organisms as complex systemas along with the application of social network analysis for the understanding of behavioral patterns have been a major issue in biology in the most recent years. In the present work we analyse the structure of social interaction networks in the ant colonies of Odontomachus chelifer. These characteristics were investigated according to the most recent advances in graph theory grounded by the methodology of social network analysis. Two queen-right colonies were collected between March and April 2011 in Curitiba, Parana. After collection, the colonies were kept in artificial nests of gypsum and acclimated for 3 weeks before the observations. The interactions of social grooming and agonistic behaviors of dominance, as well as the interacting pairs of individuals were recorded for both colonies in a total of 20 hours of observation. Three sociograms were constructed for each colony: i) total interaction networks, ii) alo-grooming networks iii) dominance interaction networks. The analysis corresponded to the characterization of basic metrics of the networks, degree distribution and temporal evolution of the metrics along with the time gradient. Network size, number of interactions and connectance varied according to each colony. The average shortest path and clustering coefficient did not differ from the expected for random networks, therefore the networks were not depicted as small world. The degree distribution resembles the expected for random networks, and is significantly different from scale-free or broad-scale networks. The distribution were also characterized as heterogeneous, decreasing and right-skewed. Similar patterns have been reported for other interaction networks in social insects and may grant adaptive advantages to the functioning of the colony. The growth of the vertice numbers over time was well fited by a power law, and the structural characteristics varied considerably according with the temporal gradient. A larger number of studies on the structure and dynamics of ant social interactions networks offers great contributions to the understanding of complex phenomena, along with new ways to better comprehend the impact of behavioral ecology and social structure in evolutionary processes.