211service.com
Sekret sieci transportowych mrówek
Wśród najbardziej imponujących sieci transportowych na świecie znajdują się złożone szlaki, które mrówki tworzą wokół swoich gniazd. Sieci te powstają w wyniku eksploracji środowiska przez mrówki i kończą się ukierunkowaniem dystrybucji pożywienia dla kolonii oraz codziennych ruchów setek tysięcy osobników.
Co więcej, te sieci nie są tylko przypadkowym przecinaniem się przestrzeni. Zamiast tego są bardzo skutecznym rozwiązaniem problemu poszukiwania i transportu żywności. Różne grupy stworzyły podobne do mrówek algorytmy żerowania, aby wykonywać inne rodzaje wirtualnej eksploracji.
Jednym z pytań, które fascynowało biologów, jest to, jak mrówki budują te sieci. Od pewnego czasu wiedzą, że mrówki podczas podróży zostawiają niewielkie złogi feromonów i że inne mrówki podążają tymi śladami, pozostawiając własne złoża. Zwiększa to koncentrację feromonów wzmacniając szlak.
Ale dokładny algorytm, który reguluje sposób, w jaki mrówki reagują na feromony, był trudniejszy do ustalenia. Wiele eksperymentów pokazuje, że ślad można wzmocnić tylko wtedy, gdy mrówki mają nieproporcjonalnie większe prawdopodobieństwo podążania śladem o wyższym stężeniu feromonów.
Biolodzy zawsze zakładali, że ta nieproporcjonalna reakcja oznacza, że mrówki muszą reagować nieliniowo na substancję chemiczną. Innymi słowy, tendencja mrówek do zwracania się w stronę złoża feromonów jest powiązana w sposób nieliniowy ze stężeniem.
Ale wydaje się to kolidować z jednym z wielkich triumfów biologii eksperymentalnej – prawem Webera, które wiąże postrzeganą intensywność bodźca z jego fizyczną wielkością. Biolodzy wiedzą, że dotyczy to ludzkiego postrzegania wielu bodźców, takich jak natężenie dźwięku, i zweryfikowali to również u wielu owadów. Dlaczego więc nie w mrówkach?
Dziś Andrea Perna z Instytutu Systemów Złożonych w Paryżu Ile de France i kilku kumpli rozwiązuje ten problem. Ci goście opracowali zupełnie nowy sposób obrazowania śladów feromonów, który pozwala im badać reakcję mrówek na feromony bardziej szczegółowo niż kiedykolwiek wcześniej.
Mówią, że strukturę śladów mrówek można całkowicie wyjaśnić, jeśli reakcja mrówek na stężenie kropelek feromonów jest liniowa. Jedna mrówka skręci w lewo proporcjonalnie do różnicy między feromonem, który ma po lewej stronie, a feromonem po prawej, powiedzmy Perna i spółka.
Wskazują również, że dokładnie to przewiduje prawo Webera.
Skąd więc bierze się nieliniowość wymagana do tworzenia śladów? Perna i spółka twierdzą, że zachowanie mrówek jest nieuchronnie hałaśliwe. Pokazujemy, że wymagana nieliniowość nie tkwi w percepcyjnej reakcji mrówek, ale w hałasie związanym z ich ruchem, jak mówią.
To fascynujący wynik, ponieważ pokazuje, jak złożoność w przyrodzie kształtuje się przy najprostszych danych wejściowych.
I wyraźnie ma to wpływ na badanie innych złożonych struktur, które tworzą mrówki, takich jak ich gniazda. To, jak mrówki tworzą te ogromne, żywe struktury, od dawna intrygowało biologów.
Perna i przyjaciele podpowiadają w podsumowaniu odpowiedź. Możemy sobie wyobrazić, że inne zjawiska zbiorowe, takie jak grupowe podejmowanie decyzji, mogą również opierać się na sprzężeniu prawa Webera z prostymi mechanizmami sprzężenia zwrotnego.
W przypadku gniazd mechanizm ten musiałby działać raczej w trzech wymiarach niż w dwóch. Ale to nie powinno być zbyt dużym wyzwaniem. Być może problem, który mógłby rozwiązać stosunkowo prosty model komputerowy.
Nr ref.: arxiv.org/abs/1201.5827 :Indywidualne zasady tworzenia śladów u mrówek argentyńskich (Linepithema Humile)