Jedan Mrav, Cela Kolonija: Novi Model Objašnjava Zašto Mravlje Gnezdo 'Pulsira'

Na prvi pogled gnezdo mrava deluje kao haotična gomila malih tela koja se kreću nezavisno. Ipak, povremeno se dešava da veliki deo kolonije gotovo istovremeno eksplodira aktivnošću — pojavu koju istraživači zovu izboji aktivnosti.

(Pebi WMF/500px/Getty Images)

Nova matematička studija objavljena u PRX Life predlaže da kolonije mrava prelaze u sinhronizovano stanje kada dostignu kritičnu tačku: pre tog praga mravi se kreću uglavnom nezavisno, ali posle njega aktivnost jedne jedinke može da pokrene talas koji obuhvata celo gnezdo.

Activity rhythms generated by the mathematical model, showing bursts of activity separated by quieter periods. (Courtesy of Michael Napoli)

Autori i ključna zapažanja

Model su razvili Michael Napoli (New York University), Maurizio Porfiri i Simon Garnier (New Jersey Institute of Technology). Oni ističu da za pojavu izboja u modelu trebaju dva ključna elementa: kolonija mora biti osetljiva na pojedinačne pokrete (društvena zaraznost), i pojedinac mora širiti aktivnost znatno brže od vremenskog opsega samih izboja.

Two ants interacting. (Maksim Shutov/Unsplash)

Sinhronizacija ne zavisi od specifične jedinke; bilo koji mrav može poslužiti kao prvi pokretač, navodi Simon Garnier.

Kako model funkcioniše

Model računa fizičke susrete između jedinki, uzimajući u obzir da se mravi nalaze u jednom od tri stanja: aktivan, neaktivan ili refraktoran. Aktivni mravi se kreću i mogu aktivirati bliske sapleznike; neaktivni stoje mirno, ali mogu biti pokrenuti susretom; refraktorni mravi su privremeno neosetljivi i sprečavaju beskonačno trajanje izboja.

YouTube Thumbnail

Parametri modela zasnovani su na prethodnim merenjima. U simulacijama je aktivnost gasnula pre nego što se proširila kad su mravi bili spori ili su se retko srećali. Međutim, kada su brzina kretanja, gustina ili domet interakcije prešli kritične vrednosti, učestali susreti su omogućili kaskadno širenje aktivnosti kroz celu koloniju.

Subscribe to ScienceAlert's free fact-checked newsletter

Prelaz odlučuje da li sistem može da proizvodi izboje, ali ne kada će se tačno izboj dogoditi, objašnjava Napoli — model ne predviđa tačan trenutak, već stanje kolonije u odnosu na prag.

Zašto izboji opstaju

Autori zaključuju da izboji nastaju zbog jasne razlike u vremenskim skalama: kretanje mrava širi aktivnost brzo, dok je ciklus ponašajnih prelaza (aktivno → refraktorno → opet aktivno) znatno sporiji i određuje period između izboja. Ta separacija vremena omogućava talasu aktivnosti da pređe od jedne individue do druge pre nego što se lokalna pobuda ugasi.

Modelove simulacije u velikoj meri se poklapaju sa podacima iz ranijih opažanja, ali podsećaju autori — radi se o matematičkom radu. Eksperimenti sa živim mravima su u toku kako bi se model validirao i izmerilo koliko su stvarne kolonije blizu predloženog praga.

Moguće prednosti i kompromisi

Postoje indikacije da sinhronizovano kretanje može poboljšati pristup u pretrpanim gnezdima smanjujući prepreke koje prave neaktivni radnici, ali s druge strane kratkotrajna usklađena neaktivnost može prekinuti lance fizičkog kontakta i ometati prenos informacija. Izboji aktivnosti verovatno predstavljaju kompromis između efikasnosti kretanja, komunikacije, potrošnje energije i organizacije rada; evolutivna vrednost još uvek nije jasna.

Zaključak: Model pruža robustan mehanizam kojim prosti lokalni susreti i razlika u vremenskim skalama mogu da stvore globalne ritmove bez centralne kontrole. Dalja eksperimentalna potvrda pomoći će da se razjasni koliko je ovaj mehanizam važan u prirodi.