Я жду
Огненные муравьи могут быть бичом южных штатов, таких как Джорджия и Техас, но с научной точки зрения они бесконечно увлекательный как пример коллективного поведения. Несколько огненных муравьев, разнесенные на большое расстояние, ведут себя как отдельные муравьи. Но достаточно плотно их упаковать, и они действуют скорее как единое целое, демонстрируя как твердые, так и жидкие свойства. Они могут формировать плоты, чтобы пережить внезапные наводнения, устраиваться в башни, и вы даже можете выливать их из чайника, как жидкость.
«В совокупности их можно рассматривать как материал, известный как «активное вещество», — сказал он. Я жду, ныне постдок в Принстонском университете, который начал изучать этих очаровательных существ, будучи аспирантом Технологического института Джорджии в 2018 году. (И да, его жалили много-много раз.) огненные муравьиные плоты. Первый, опубликовано в журнал Bioinspiration and Biomimetics (B&B) исследовал, как плоты огненных муравьев ведут себя в проточной воде по сравнению со статическими водными условиями.
Секунда, принято к публикации в Physical Review Fluids исследовал механизм, с помощью которого огненные муравьи собираются вместе, чтобы сформировать плоты. Ко и другие. были несколько удивлены, обнаружив, что первичным механизмом, по-видимому, является так называемый “Эффект Cheerios“— назван в честь тенденции последних оставшихся хлопьев Cheerios, плавающих в молоке, слипаться в миске, перемещаясь либо к центру, либо к краям.
Отдельный муравей обладает определенной гидрофобией, т. е. способностью отталкивать воду. Этот свойство усиливается когда они соединяются вместе, сплетая свои тела, как водонепроницаемую ткань. Муравьи собирают любые яйца, пробираются на поверхность через свои туннели в гнезде, и по мере того, как паводковые воды поднимаются, они грызут тела друг друга своими челюстями и когтями, пока не образуется плоская плотообразная структура. Каждый муравей ведет себя как отдельная молекула в материале — скажем, песчинки в куче песка. Муравьи могут сделать это менее чем за 100 секунд. Кроме того, муравьиный плот «самовосстанавливается»: он достаточно надежен, так что если он потеряет муравья тут и там, общая структура может оставаться стабильной и неповрежденной даже в течение нескольких месяцев.
В 2019 году Ко и коллеги Сообщалось, что огненные муравьи могли активно ощущать изменения сил, действующих на их плавучий плот. Муравьи распознавали различные условия потока жидкости и могли соответствующим образом адаптировать свое поведение, чтобы сохранить устойчивость плота. Весло, движущееся по речной воде, создаст серию завихрений (известных как вихреобразование), заставляющих муравьиные плоты вращаться. Эти вихри также могут воздействовать на плот дополнительными силами, достаточными для его разрыва. Изменения как центробежных, так и сдвигающих сил, действующих на плот, весьма малы — возможно, от 2 до 3 процентов от силы нормальной гравитации. Тем не менее каким-то образом муравьи могут ощущать эти небольшие сдвиги своим телом.
Ранее в этом году исследователи из Колорадского университета в Боулдере определил несколько простых правил кажется, они управляют тем, как плавучие плоты огненных муравьев сжимаются и расширяют свою форму с течением времени. В качестве мы сообщили в то время иногда структуры сжимались в плотные круги муравьев. В других случаях муравьи начинали расходиться веером, образуя мостовидные расширения (псевдоподы), иногда используя расширения для побега из контейнеров.
Как муравьи добились этих изменений? Плоты по существу состоят из двух отдельных слоев. Муравьи на нижнем слое служат структурным целям, составляя устойчивую основу плота. Но муравьи верхнего слоя свободно передвигаются поверх связанных тел своих собратьев нижнего слоя. Иногда муравьи перемещаются со дна на верхний слой или с верхнего на нижний слой по циклу, напоминающему беговую дорожку в форме пончика.
Является и другие.Исследование B&B несколько похоже на фокус, за исключением того, что исследование Боулдера рассматривало широкую коллективную динамику, а не взаимодействие между отдельными муравьями. «В дикой природе живут тысячи и тысячи муравьев, но никто на самом деле не знает, как пара муравьев будет взаимодействовать друг с другом и как это повлияет на устойчивость плота», — сказал Ко Арсу.
С такими большими плотами повторяемость может быть проблемой. Ко хотел получить немного больше контроля над своими экспериментами, а также изучить, как муравьи адаптировались к различным сценариям течения в воде. Он обнаружил, что муравьи используют активную стратегию оптимизации, изменяя форму плота, чтобы уменьшить сопротивление. «Так что, возможно, требуется меньше усилий или меньше метаболических затрат, чтобы удержать растительность, чем если бы они придерживались первоначальной формы большего блина», — сказал Ко.
