211service.com
Skudru transporta tīklu noslēpums
Viens no iespaidīgākajiem transporta tīkliem uz planētas ir sarežģītās takas, ko skudras veido ap savām ligzdām. Šie tīkli rodas, skudrām pētot savu vidi, un galu galā novirza barības izplatīšanu kolonijai un simtiem tūkstošu cilvēku ikdienas pārvietošanos.
Turklāt šie tīkli nav tikai nejauša telpas krustošanās. Tā vietā tie ir ļoti efektīvs risinājums pārtikas meklēšanas un transportēšanas problēmai. Dažādas grupas ir izveidojušas skudrām līdzīgus barības meklēšanas algoritmus, lai veiktu cita veida virtuālo izpēti.
Viens jautājums, kas ir fascinējis biologus, ir tas, kā skudras veido šos tīklus. Viņi jau kādu laiku ir zinājuši, ka skudras ceļojot atstāj nelielas feromonu nogulsnes un ka citas skudras seko šīm takām, atstājot pašas savus nogulsnes. Tas palielina feromonu koncentrāciju, nostiprinot taku.
Taču precīzu algoritmu, kas nosaka veidu, kā skudras reaģē uz feromoniem, ir bijis grūtāk noteikt. Daudzi eksperimenti liecina, ka taku var nostiprināt tikai tad, ja skudrām ir nesamērīgi lielāka iespēja sekot takai ar augstāku feromonu koncentrāciju.
Biologi vienmēr ir pieņēmuši, ka šī nesamērīgā reakcija nozīmē, ka skudrām ir jābūt nelineārai reakcijai uz ķīmisko vielu. Citiem vārdiem sakot, skudras tendence vērsties pret feromonu nogulsnēm ir nelineārā veidā saistīta ar koncentrāciju.
Taču šķiet, ka tas ir pretrunā ar vienu no lielākajiem eksperimentālās bioloģijas triumfiem – Vēbera likumu, kas saista stimula uztverto intensitāti ar tā fizisko apjomu. Biologi zina, ka tas attiecas uz cilvēka uztveri par daudziem stimuliem, piemēram, skaņas intensitāti, un ir to apstiprinājuši arī daudziem kukaiņiem. Tad kāpēc ne skudrās?
Šodien Andrea Perna no Parīzes Ildefransas komplekso sistēmu institūta un daži draugi atrisina šo problēmu. Šie puiši ir izstrādājuši pilnīgi jaunu veidu, kā attēlot feromonu pēdas, kas ļauj viņiem detalizētāk nekā jebkad agrāk izpētīt skudru reakciju uz feromoniem.
Viņi saka, ka skudru taku struktūru var pilnībā izskaidrot, ja skudru reakcija uz feromonu pilienu koncentrāciju ir lineāra. Viena skudra pagriezīsies pa kreisi proporcionāli starpībai starp feromonu, kas atrodas tās kreisajā pusē, un feromonu labajā pusē, saka Perna un citi.
Viņi arī norāda, ka tieši to paredz Vēbera likums.
Tātad, no kurienes rodas nelinearitāte, kas nepieciešama taku izveidošanai? Perna un kolēģi saka, ka skudru uzvedība neizbēgami ir trokšņaina. Mēs parādām, ka vajadzīgā nelinearitāte nav skudru uztveres reakcija, bet gan troksnis, kas saistīts ar to kustību, viņi saka.
Tas ir aizraujošs rezultāts, jo tas atklāj, kā sarežģītība dabā veidojas ar visvienkāršāko ievadi.
Un tas nepārprotami ietekmē citu skudru radīto sarežģīto struktūru, piemēram, ligzdu, izpēti. Tas, kā skudras rada šīs milzīgās dinamiskās struktūras, biologus jau sen ir mulsinājuši.
Perna un draugi savā secinājumā dod mājienu uz atbildi. Mēs varam iedomāties, ka arī citas kolektīvas parādības, piemēram, grupu lēmumu pieņemšana, varētu būt balstītas uz saikni starp Vēbera likumu un vienkāršiem atgriezeniskās saites mehānismiem.
Ligzdu gadījumā šim mehānismam būtu jādarbojas trīs dimensijās, nevis divās. Bet tam nevajadzētu būt pārāk lielam izaicinājumam. Varbūt problēma, kuru varētu palīdzēt atrisināt salīdzinoši vienkāršs datora modelis.
Atsauce: arxiv.org/abs/1201.5827 : Individuāli noteikumi Argentīnas skudras (Linepithema Humile) taku raksta veidošanai