septembrie 25, 2021

Obiectiv Jurnalul de Tulcea – Citeste ce vrei sa afli

Informații despre România. Selectați subiectele despre care doriți să aflați mai multe

Studiu: furnicile creează tuneluri stabile în cuiburi, la fel ca oamenii care joacă jinga

Zoom / Două furnici săpând un tunel cu jeleu verde. Un nou studiu al Institutului de Tehnologie din California constată că furnicile caută și îndepărtează boabele de sol libere atunci când își sapă tunelurile, la fel cum oamenii îndepărtează aglomerări libere în timp ce se joacă. jenga.

Furnicile sunt săpători uimitori, construind cuiburi elaborate pe mai multe niveluri conectate printr-o rețea complexă de tuneluri, uneori ajungând la adâncimi de până la 25 de picioare. Acum, o echipă de oameni de știință de la Institutul de Tehnologie din California a folosit imagistica cu raze X pentru a surprinde procesul modului în care furnicile își construiesc tunelurile. Oamenii de știință au descoperit că furnicile au evoluat pentru a simți intuitiv particulele de cereale pe care le pot elimina, menținând în același timp structura stabilă, la fel ca îndepărtarea blocurilor individuale dintr-un joc. jenga. Echipa și-a descris munca la hârtie nouă Publicat în Proceedings of the National Academy of Sciences.

Oamenii de știință interesați de comportamentul colectiv studiază furnicile de zeci de ani. Acest lucru se datorează faptului că furnicile, ca grup, se comportă ca o formă de suport granular. Puține furnici distanțate se comportă la fel de bine ca furnicile individuale. dar Împachetați-le suficient Strâns împreună și funcționând ca o unitate, acestea prezintă proprietăți solide și lichide. Puteți turna furnici de foc dintr-un ceainic, de exemplu, sau furnicile se pot lega între ele pentru a construi turnuri plutitoare sau plute. Furnicile pot fi creaturi mici cu creiere mici, dar aceste insecte sociale sunt capabile Organizați-vă colectiv Într-o comunitate extrem de eficientă pentru a asigura supraviețuirea coloniei.

Câțiva ani în urmăBiolog comportamental Guy Theraolase de la Institutul de Studii Avansate din Toulouse, Franța, și mai mulți colegi au combinat experimentele de laborator cu furnicile argentiniene și modelarea computerizată pentru a Definiți trei reguli simple Controlul comportamentului furnicilor în săparea tunelurilor. Pentru inteligență: (1) furnicile culeg boabe la un ritm constant (aproximativ 2 boabe în fiecare minut); (ii) Furnicile preferă să își vărseze boabele lângă alte boabe pentru a forma pene; și (3) furnicile selectează de obicei boabe marcate cu feromoni chimici după ce alte furnici s-au ocupat de ele. Theraolase si altii. El a construit o simulare pe computer bazată pe aceste trei reguli și a constatat că după o săptămână, furnicile virtuale construiseră o structură foarte asemănătoare cu cuiburile reale de furnici. Ei concluzionează că aceste reguli apar din interacțiunile locale între furnici individuale, fără a fi nevoie de coordonare centrală.

READ  Agenția Spațială Europeană elaborează planuri pentru rețeaua de satelit lunară

Recent, a lucrare 2020 am gasit asta dinamica socială Modul în care apare diviziunea muncii într-o colonie de furnici este similar cu modul în care se dezvoltă polarizarea politică în rețelele sociale umane. Furnicile excelează și în reglarea propriului flux de trafic. A Studiază 2018 De grupul lui Daniel Goldman de la Georgia Tech a cercetat cum furnicile de foc pot îmbunătăți eforturile de tunelare fără a provoca blocaje. așa cum suntem Am menționat la acea vreme, grupul a concluzionat că atunci când o furnică întâlnește un tunel în care alți furnici rulează deja, se retrage pentru a găsi un alt tunel. Și doar o mică parte din colonie sapă odată: 30% dintre ei fac 70% din muncă.

Grupul de locomoție biologică al lui David Ho de la Georgia Tech a studiat și furnicile de foc. în 2019, El și colegii săi au raportat Că furnicile de foc ar putea simți în mod activ schimbările forțelor care acționează asupra plutei lor plutitoare. Furnicile recunosc condiții diferite pentru curgerea fluidului și își pot adapta comportamentul în consecință pentru a menține pluta stabilă. Un vâsle care se mișcă prin apa râului va crea o serie de vârtejuri (cunoscute sub numele de vârtej de vărsare), provocând rotirea plutei furnicilor. Aceste vârtejuri pot exercita, de asemenea, forțe suplimentare asupra plutei, suficient pentru a o rupe. Modificările atât ale forțelor centrifuge, cât și ale forțelor de forfecare care acționează asupra plutei sunt foarte mici – poate de la 2 la 3 la sută din forța gravitațională normală. Cu toate acestea, cumva, furnicile pot simți aceste mici schimbări cu corpul lor.

Această ultimă lucrare se concentrează pe furnicile occidentale de recoltat (Pogonomyrmex occidentalis), a fost ales datorită capacității sale prolifice de a săpa în boabele de sol la scară milimetrică. Co-autorul Jose Andrade, inginer mecanic la Caltech, a fost inspirat să exploreze furnicile de tunel după ce a văzut exemple de Arta cuibului furnicilor. Piesele sunt create prin turnarea unui fel de metal topit, tencuială sau ciment în movila furnică, care curge prin toate tunelurile și se solidifică în cele din urmă. Solul din jur este apoi îndepărtat pentru a dezvălui structura complexă finală. Andrade a fost atât de impresionat încât a început să se întrebe dacă furnicile „știu” cu adevărat să dezgroape acele structuri.

READ  Americanii încep să se mute într-o viață post-pandemică, deoarece mai mulți sunt vaccinați
Stânga sus: design experimental.  În dreapta sus: imagine cu raze X a unui tunel finalizat.  Partea din stânga: modelul de montare a particulelor îndepărtate.  În partea dreaptă jos: reconstituirea numerică a particulelor îndepărtate de furnici la locul inițial.
Zoom / Stânga sus: design experimental. În dreapta sus: imagine cu raze X a unui tunel finalizat. Partea din stânga: modelul de montare a particulelor îndepărtate. În partea dreaptă jos: reconstituirea numerică a particulelor îndepărtate de furnici la locul inițial.

RBD Macedo și colab., 2021

Andrade a colaborat cu Joe Parker, bioinginerul Caltech la proiect; Cercetările lui Parker se concentrează pe relațiile ecologice ale furnicilor cu alte specii. “Nu am intervievat nicio furnică pentru a întreba dacă știu ce fac, dar am început cu premisa că au săpat în mod deliberat”, Spuse Andrade. „Am presupus că furnicile ar fi putut juca jenga. “

Cu alte cuvinte, cercetătorii au suspectat că furnicile cutreieră solul în căutarea boabelor libere pe care să le îndepărteze, în același mod în care oamenii caută aglomerări libere pentru a le elimina din jenga turelă, lăsând piesele critice ale lagărului la locul lor. Aceste blocuri fac parte din ceea ce este cunoscut sub numele de „lanț de forță” care blochează blocuri (sau particule granulare de sol, în cazul unui furnicar) împreună pentru a crea o structură stabilă.

Pentru experimentele lor, Andrade și colegii săi au amestecat 500 ml de sol koekret cu 20 ml de apă și au plasat amestecul în câteva căni mici de sol. Mărimea cupelor a fost aleasă în funcție de cât de ușor se pot încadra în scanerul CT. Prin încercări și erori – începând cu o singură furnică și crescând treptat numărul – cercetătorii au determinat numărul furnicilor necesare pentru a atinge rata optimă de săpare: 15.

Echipa a luat patru minute și jumătate la fiecare 10 minute, în timp ce furnicile sapau un tunel pentru a le monitoriza progresul. Din imaginile 3D rezultate, au creat un „avatar digital” pentru fiecare parte din eșantion, capturând forma, poziția și orientarea fiecărui bob – toate acestea putând afecta foarte mult distribuția forțelor în probele de sol. Cercetătorii au putut, de asemenea, să învețe ordinea în care fiecare margelă a fost îndepărtată de furnici prin compararea imaginilor luate în diferite stări în timp.

READ  Imaginile epice de la stația spațială chineză oferă vederi uimitoare asupra Pământului
Forțe granulare (linii negre) în aceeași locație din sol înainte (stânga) și după (dreapta) tunelul furnicilor.
Zoom / Forțe granulare (linii negre) în aceeași locație din sol înainte (stânga) și după (dreapta) tunelul furnicilor.

Jose E. Andrade și David R. Miller / Caltech

Furnicile nu au fost întotdeauna cooperante atunci când a venit să-și săpeze serios tunelurile. „Sunt cam imitați” Spuse Andrade. “Ei sapă oricând vor. Am pune aceste furnici într-un container, iar unii ar începe să sapă imediat și ar face acest progres uimitor. Dar alții – ar dura ore și nu ar săpa deloc. Unii ar săpa pentru un în timp ce și apoi oprește-te și odihnește-te. ”

Andrade și Parker notează câteva tipare emergente în analiza lor. De exemplu, furnicile se îngropă de obicei de-a lungul marginilor interioare ale cupelor – o strategie eficientă, deoarece părțile laterale ale cupelor pot face parte din structura tunelurilor, economisind furnicile un pic de efort. Furnicile au preferat, de asemenea, liniile drepte ale tunelurilor lor, o tehnică care îmbunătățește eficiența. Furnicile aveau tendința de a-și săpa tunelurile cât mai tare posibil. În măsura posibilului, într-un mediu granular, solul este numit „unghiul de repaus”; Depășește acel unghi și structura se va prăbuși. Cumva, furnicile pot simți acest prag critic, asigurându-se că tunelurile lor nu depășesc unghiul de repaus.

Pentru fizica de bază, echipa a descoperit că atunci când furnicile au îndepărtat boabele de sol pentru a-și săpa tunelurile, lanțurile de forță care acționează asupra structurii s-au rearanjat dintr-o distribuție aleatorie pentru a forma un fel de căptușeală în jurul tunelului exterior. Această redistribuire a forțelor întărește pereții tunelului existent și ameliorează presiunea pe care o exercită boabele la capătul tunelului, ceea ce face mai ușor pentru furnici să îndepărteze aceste boabe pentru a extinde tunelul și mai mult.

„A fost un mister atât în ​​inginerie, cât și în ecologia furnicilor, cum furnicile construiesc aceste structuri vechi de decenii”, a spus el. Spuse Parker. “Se pare că, îndepărtând bobul din acest model pe care l-am observat, furnicile profită de aceste lanțuri de forțe oceanice în timp ce se cufundă”. Furnicile apasă pe boabe individuale pentru a evalua forțele mecanice exercitate asupra lor.

Parker crede că este un fel de algoritm comportamental. Acest algoritm nu există în interiorul unei singure furnici. El a spus. “Este comportamentul nașterii coloniilor tuturor acestor lucrători care se comportă ca superorganisme. Modul în care acest program comportamental se răspândește prin micro-creierul tuturor acestor furnici este una dintre minunile lumii naturale pentru care nu avem nicio explicație”.

DOI: PNAS, 2021. 10.1073 / pnas.2102267118 (Despre DOI).

Amabilitatea Institutului de Tehnologie din California.