Birkaç basit kural, yüzen ateş karınca sallarının zamanla nasıl şekil değiştirdiğini belirler.

Ateş karıncaları, grup davranışının İncil’deki bir örneğidir, bireysel olarak hareket edebilirler ve ayrıca sel baskınlarına tepki olarak yüzen sallar oluşturmak için bir araya gelebilirler. Boulder, Colorado Üniversitesi’nden bir çift makine mühendisi, yüzen ateş karınca sallarının zaman içinde nasıl büzüştüğünü ve şekillerini nasıl genişlettiğini yöneten bazı basit kurallar belirlediler. yeni kağıt PLOS Hesaplamalı Biyoloji dergisinde yayınlandı. Ateş karınca davranışının ardındaki basit kuralları daha iyi anlayarak, robot sürülerinin nasıl etkileşime girdiğini kontrol eden daha iyi algoritmalar geliştirebileceklerini umuyoruz.

Bu bir zihinsel güç veya dikkatli planlama meselesi değildir. Ortak yazar Robert Wagner, “Bu davranış, esasen kendiliğinden ortaya çıkabilir” dedi. “Karıncaların herhangi bir merkezi karar vermesine gerek yoktur.” Aslında, “tek karıncalar sanıldığı kadar zeki değiller ama topluca çok zeki ve dirençli topluluklar haline geliyorlar”. Ortak yazar Frank Fernery şunları söyledi:.

olduğumuz gibi daha önce bahsetmiştim, birkaç iyi aralıklı karınca, bireysel karıncalar gibi davranır. Ancak yeterince bir araya toplarsanız, katı ve sıvı özellikler sergileyen tek bir birim gibi davranırlar. Sallar veya kuleler oluşturabilir ve hatta çaydanlıktan sıvı olarak dökebilirsiniz. Ateş karıncaları, karıncalarını organize etmede de başarılıdır. Trafik akışı.

Herhangi bir karıncanın kendi başına belirli bir miktarda hidrofobisi vardır – suyu itme yeteneği – ve bu Mülk yoğunlaştırıldı Birbirlerine bağlandıklarında vücutlarını su geçirmez bir kumaş gibi örerler. Yumurtaları toplarlar, yuva tünellerinden yüzeye çıkarlar ve sel suları yükseldikçe, her bir karıncanın birer karınca gibi davrandığı düz bir sal benzeri yapı oluşana kadar çeneleri ve pençeleriyle birbirlerinin vücutlarını kemirirler. bir maddedeki tek tek molekül – örneğin, bir yığın kumdaki kum taneleri.

Karıncalar bunu 100 saniyeden daha kısa sürede başarabilirler. Ek olarak, karınca salı “kendi kendini iyileştirebilir”: Bir karınca orada burada kaybolursa, genel yapının aylarca bile sabit ve bozulmadan kalması için yeterince güçlüdür. Kısacası, karınca sal bir süper organizmadır.

2019 yılında Georgia Tech araştırmacıları Kanıtla Ateş karıncaları, farklı sıvı koşulları altında sal üzerine etki eden kuvvetlerdeki değişiklikleri aktif olarak algılayabilir ve salı sabit tutmak için davranışlarını buna göre uyarlayabilir. Örneğin, kesme kuvveti ile sal alanı, karıncaların sadece merkezkaç kuvvetiyle karşılaştığı zamandan çok daha küçüktü. Son karıncalar, karınca salının neresine yerleştirilirse yerleştirilsin, en güçlü kesme kuvvetini yalnızca sınırdaki karıncalar deneyimlerken, deneyimler. Bilim adamları, küçük salların, karıncaların sınırda olmaktan kaçınmaya çalışmasının sonucu olduğunu ve bu süreçte yüzey alanını azalttığını varsaydılar.

Georgia Tech ekibi ayrıca, bir saldaki ateş karıncalarının, salın sabit olup olmadığını, genellikle yatay olarak yayılıp yayılmadığını, ayrıca kurumaya yakalamak için asılı bir dal bulma umuduyla geçici kule benzeri yapılar inşa etmek için daha fazla araştırdıklarını fark etti. . Toprak. Karınca sal, merkezkaç veya kesme kuvvetlerine tepki olarak döndürülürse, çok daha az keşif davranışı olacaktır.

Vernerey ve Wagner’in yeni araştırması, ders çalışma Geçen yıl yayınladılar. Ateş karıncaları sürülerini ortasında dikey bir plastik çubuk bulunan bir kova suya bırakarak ve ardından sonraki sekiz saat boyunca karıncaların sal yapma davranışlarını gözlemleyerek deneyler yaptılar. Buradaki fikir, salların zaman içinde nasıl geliştiğini gözlemlemekti. Dubaların şeklini korumadığını unutmayın. Bazen yapılar yoğun karınca çemberlerine sıkıştırılır. Diğer zamanlarda, karıncalar köprü benzeri uzantılar oluşturmak için yayılmaya başlarlar, bazen onları kapalı alanlardan kaçmak için kullanırlar, bu da davranışın evrimsel bir avantaja hizmet edebileceğini düşündürür.

İkili, karıncaların “değirmen” adını verdikleri bir süreçle bu şekil değişikliklerine nasıl ulaştıklarına hayran kaldılar. Şamandıralar esas olarak iki ayrı katmandan oluşur. Alt katmandaki karıncalar, salın sabit tabanını oluşturdukları için yapısal bir amaca hizmet eder. Ancak üst katmandaki karıncalar, alt katmandaki kardeşlerine bağlı bedenler üzerinde serbestçe hareket eder. Karıncalar bazen Wagner’in “turta şeklindeki kısır döngü” olarak adlandırdığı bir döngüde alt katmandan üst katmana veya üst katmandan alt katmana hareket eder.

Vernerey ve Wagner, bu koşu bandı davranışının karıncaların kasıtlı bir kararı mı yoksa kendiliğinden mi ortaya çıktığını belirlemek istedi. Böylece, her bir karıncayı temsil eden ve bir su düğümleri ağıyla sınırlandırılmış 2.000 parçacıktan (“faktörler) oluşan bir dizi faktöre dayalı model tasarladılar.Bir grup işçi karınca (camgöbeği ile gösterilmiştir) yapısal çekirdek ağı oluşturdu; diğeri işçi karıncalar (kırmızı ile gösterilmiştir) üzerlerinde hareket etmekte serbesttirler.

Karıncalar, diğer karıncalarla çarpışmaktan kaçınmak ve suya düşmemek gibi basit bir dizi kuralı takip edecek şekilde programlanmıştır (“kenar biriktirme kuralı”). Sonra simülasyonun oynamasına izin verdiler. Ve simüle edilmiş karıncalar, gerçek dünyadaki muadilleri gibi davrandılar.

Örneğin, aktif işçi karıncalar salın kenarına ulaştığında ve suyla temas ettiğinde, yakındaki aktif işçi karıncalar tarafından buna zorlanmadığı sürece suya girmekten kaçınırlar – ve o zaman ancak yapıyı destekleyen yeterli sayıda karınca varsa. onu ele geçirmek için. Simülasyonlar ayrıca kendiliğinden oluşan köprü benzeri çıkıntıları da gösterdi ve araştırmacılar bu oluşumları karıncaların göreceli aktivitesi ile ilişkilendirebildiler. Karıncalar ne kadar aktif olursa, yumruların oluşmaya başlaması o kadar olasıdır.

Wagner, “Bu mahmuzların uçlarındaki karıncalar, neredeyse kenardan suya doğru sürüklenerek hızlı, gevşetici bir etki yaratıyor” dedi. Bu çıkıntılar, muhtemelen bir salda ateş karıncaları tarafından çevrelerini keşfetmek, muhtemelen ağaç gövdeleri veya kuru arazi aramak için kullanılan bir araçtır.

Yazarlar, “Her ne kadar feromonlar gibi işaret faktörleri hariç tutulmasa ve gelecekteki deneysel çalışmalarda test edilmesi gerekse de, bu model genellikle ateş karıncalarının merkezi kontrol veya amaçlı bir niyet olmaksızın yürüme ve çıkıntı büyümesi elde edebilecekleri yerel mekanizmalar ortaya koymaktadır” sonucuna varmışlardır. Bununla birlikte, bunun homojen bir model olduğunu ve koşu bantlarının davranışını ve mahmuzların görünümünü yöneten birden fazla kural dizisinin bulunmasının muhtemel olduğunu kabul ederler – araştırmalarının gelecekteki bir başka odak noktası.

DOI: PLOS Hesaplamalı Biyoloji, 2022. 10.1371 / dergi.pcbi.1009869 (DOI’ler hakkında).