Мурашынае гняздо можа выглядаць як навала малюсенькіх целаў, якія перасоўваюцца незалежна сябар ад сябра.
Але часам адбываецца нешта дзіўнае: большая частка калоніі амаль імгненна пераходзіць у актыўную дзейнасць.
За гэтымі раптоўнымі воплескамі актыўнасці, вядомымі як пікі актыўнасці, ідуць перыяды адноснага зацішша.
Навукоўцы параўноўваюць гэтыя ўспышкі з фазавымі пераходамі фізічных сістэм і назіраюць іх на працягу дзесяцігоддзяў, але як так. шмат мурашак сінхранізуюцца без лідэра, застаецца незразумелым.
Новая матэматычная мадэль, апісаная ў даследаванні, апублікаваным у часопісе PRX Life , Мяркуе, што мурашыныя калоніі раптам пачынаюць сінхранізавацца пасля дасягнення крытычнай кропкі.
Да гэтага моманту мурашкі перасоўваюцца незалежна сябар ад сябра. Але як толькі калонія перасякае гэты ўчастак, адна мурашка можа выклікаць хвалю актыўнасці ва ўсім гняздзе.
«Сінхранізацыя не залежыць ад якой-небудзь канкрэтнай асобіны; Любая мурашка можа выступіць у якасці першага рухавіка », - кажа біёлаг з Тэхналагічнага інстытута Нью-Джэрсі Сайман Гарнье ў артыкуле, апублікаванай Амерыканскім фізічным грамадствам.
Мадэль была распрацавана сумесна з Гарнье інжынерам-механікам з Нью-Йоркскага універсітэта Майклам Напалі і інжынерам па гарадскіх сістэмах Маўрыцыа Парфіры.
«"У нашай мадэлі ўзнікненне рытмаў актыўнасці цесна залежыць ад двух ключавых фактараў: калонія павінна рэагаваць на актыўнасць асобнай асобіны – быць адчувальнай да сацыяльнага заражэння – і гэтая асобіна павінна распаўсюджваць актыўнасць значна хутчэй, чым часовыя рамкі усплёскаў актыўнасці", – сказаў Напалі выданню ScienceAlert.
«"Гэтае адкрыццё дазваляе зірнуць на іншыя складаныя сістэмы, дзе могуць узнікаць воплескі актыўнасці, але яны не захоўваюцца, і адсутнасць аднаго з гэтых двух кампанентаў парушае сінхранізацыю".
У мурашыных калоніях дзіўна шмат неактыўных працоўных асобін, але сустрэча з які рухаецца суродзічам можа заахвоціць адну з іх пачаць рухацца.
Больш за раннія мадэлі прадстаўлялі гэтую сацыяльную актыўнасць як верагоднасць. Новая мадэль таксама ўлічвае фізічныя кантакты, неабходныя для распаўсюджвання актыўнасці.
У дадзенай мадэлі мурашкі перамыкаюцца паміж трыма станамі: актыўным, неактыўным і неўспрымальным да стрэсу.
Актыўныя мурашкі перасоўваюцца і могуць актывізаваць змешчаных побач суродзічаў. Неактыўныя мурашкі застаюцца нерухомымі, але могуць быць прымушаныя да дзеяння. Устойлівыя мурашкі нерухомыя і часова не могуць актывізавацца, што прадухіляе бясконцы працяг усплёскаў актыўнасці.
Параметры мадэлі былі заснаваны на больш ранніх вымярэннях.
Падчас мадэлявання актыўнасць згасала, а затым распаўсюджвалася, калі мурашкі рухаліся занадта павольна ці сустракаліся сябар з сябрам занадта рэдка.
Але калі хуткасць, шчыльнасць або далёкасць узаемадзеяння перавышалі крытычны парог, сустрэчы станавіліся дастаткова частымі, каб актыўнасць адной мурашкі распаўсюджвалася па ўсёй калоніі.
Напалі параўноўвае гэты эфект з фізічным фазавым пераходам, такім як замярзанне вады, але падкрэслівае ключавое абмежаванне.
«"Пераход вызначае, ці будзе ўсплёск, а не тое, ці адбудзецца ўсплёск у наступны перыяд часу", - сказаў ён.
Такім чынам, мадэль не можа сапраўды прадказаць, калі спакойная калонія пяройдзе ў актыўны рэжым. Яна вызначае, ці знаходзіцца калонія ў стане, здольным вырабляць сінхранізаваныя выбліскі актыўнасці.
Як жа тады актыўнасць адной мурашкі можа распаўсюдзіцца па ўсім гняздзе, перш чым ён вымрэ?
«"Гэта, бадай, самы цікавы вынік у артыкуле", — сказаў Напалі.
Больш раннія даследаванні паказалі, што мурашыныя калоніі могуць паводзіць сябе падобна нейронавым сеткам пры прыняцці калектыўных рашэнняў і каардынаваць свае дзеянні як "суперарганізм" пры рэагаванні на пагрозы.
«"Мы выявілі, што ўсплёскі актыўнасці ў мадэлі ўзнікаюць з-за істотнай розніцы ў часовым маштабе паміж рухам мурашак, якое распаўсюджвае актыўнасць, і цыклам паводніцкіх пераходаў, які вызначае перыяд ўсплёску", – сказаў Напалі.
«"Такі падзел часавых маштабаў стварае неабходныя ўмовы для захавання воплескаў актыўнасці і параўнальна са шматлікімі каскаднымі з'явамі прыняцця рашэнняў у біялагічных сістэмах".
Іншымі словамі, узаемадзеянне спрыяе распаўсюджванню актыўнасці значна хутчэй, чым калонія праходзіць свой агульны цыкл актыўнасці і адпачынку. Гэта дазваляе мурашкам, ініцыяваным адной асобінай, перамяшчацца ад аднаго суродзіча да іншага без удзелу камандзіра.
Змадэляваныя воплескі актыўнасці ў цэлым адпавядалі назіранням, апісаным у больш ранніх даследаваннях. Аднак новае даследаванне насіла хутчэй матэматычны, чым эксперыментальны характар, і ў цяперашні час праводзяцца выпрабаванні з жывымі мурашкамі.
«У цяперашні час праводзяцца эксперыменты і аналізуюцца дадзеныя для праверкі мадэлі на аснове рэальных дадзеных аб мурашках», - Паведаміў Напалі выданню ScienceAlert.
«Нас асабліва цікавіць ацэнка блізкасці калоніі да парогавага значэння, пры якім усплёскі актыўнасці могуць служыць платформай для надзвычай хуткага распаўсюджвання інфармацыі ўнутры гнязда».
Вынікі могуць паказаць, наколькі блізка жывыя калоніі функцыянуюць да гэтага парогавага значэння і ці спрыяюць ўспышкі эфектыўнай перадачы інфармацыі. Любыя эвалюцыйныя перавагі застаюцца невядомымі.
Глядзіце таксама: У прусакоў ёсць «калектыўная памяць», якая фармуецца на аснове іх сацыяльных сувязяў.
У даследаванні 2023 года, заснаваным на мадэляванні, было выказана меркаванне, што сінхранізаваны рух можа палепшыць доступ унутр перапоўненых гнёздаў за кошт памяншэння перашкод, якiя ствараюцца неактыўнымі мурашкамі.
Аднак даследаванне 2017 года паказала, што кароткатэрміновыя цыклы актыўнасці могуць перашкаджаць перадачы інфармацыі, калі сінхранізаваная бяздзейнасць перарывае ланцужкі фізічнага кантакту паміж работнікамі.
Такім чынам, усплёскі актыўнасці могуць мець на ўвазе кампраміс паміж рухам, зносінамі, спажываннем энергіі і арганізацыяй працы.
Вынікі даследавання былі апублікаваны ў часопісе PRX Life .
Артыкулы ScienceAlert пішуцца, правяраюцца на дакладнасць і рэдагуюцца людзьмі, ніколі не ствараюцца штучным інтэлектам. Не прапусціце ніводнага артыкула, падпішыцеся тут.