Колонии муравьев могут пульсировать: ученые начали понимать, что запускает этот механизм

Муравейники могут выглядеть как скопления крошечных насекомых, которые движутся независимо. Но иногда большая часть колонии начинает двигаться почти одновременно. И за этими процессами, известными как «всплески активности», следуют периоды затишья. Ученые сравнивают эти всплески с фазовыми переходами физических систем и наблюдают их на протяжении десятилетий, но как муравьям удается синхронизироваться без лидера, оставалось загадкой.

Теперь же исследователи использовали новую математическую модель, которая показала, что колонии муравьев внезапно синхронизируются после достижения критической точки, сообщает Science Alert.

ВАС ЗАИНТЕРЕСУЕТ

Паразиты могут заставить муравьев убить свою королеву

До этого момента муравьи передвигаются независимо друг от друга. Но как только колония пересекает этот порог, один муравей может вызвать волну активности во всем гнезде.

«Синхронизация не зависит от какой-либо конкретной особи; любой муравей может стать первым участником движения», — заявил биолог из Технологического института Нью-Джерси Саймон Гарнье.

«В нашей модели возникновение ритмов активности тесно зависит от двух ключевых факторов: колония должна реагировать на активность одной особи — быть чувствительной к социальному заражению — и эта особь должна распространять активность гораздо быстрее, чем временной масштаб всплесков активности. Это понимание дает представление о других сложных системах, где может возникать, но не сохраняться, в результате чего отсутствие одного из этих двух факторов нарушает синхронизацию», — сказал один из авторов модели Майкл Наполи из Нью-Йоркского университета.

В модели муравьи переключаются между тремя состояниями: активным, неактивным и рефрактерным. Активные муравьи двигаются и могут активировать находящихся рядом сородичей. Неактивные муравьи остаются неподвижными, но могут быть побуждены к действию. Рефрактерные муравьи неподвижны и временно не могут активизироваться, что предотвращает бесконечное продолжение всплесков активности.

В ходе моделирования активность затухала, прежде чем распространиться, когда муравьи двигались слишком медленно или встречались слишком редко. Но когда скорость, плотность или радиус взаимодействия пересекали критический порог, встречи становились достаточно частыми, чтобы активность одного муравья распространялась по всей колонии.

Наполи сравнивает этот эффект с физическим фазовым переходом, таким как замерзание воды, но подчеркивает ключевой предел. «Переход определяет, будет ли всплеск активности, а не произойдет ли он в следующий период времени», — сказал он.

Модель не может определить, когда спокойная колония начнет действовать. Она определяет, находится ли колония в состоянии, способном производить синхронизированные всплески активности.

Ранее ученые выяснили, что молодые муравьи, которые заболевают, распространяют особый аромат, который побуждает рабочих уничтожить их. Это необходимо для защиты колонии от инфекции.