Mravinjak se ponaša kao jedan organizam: Kako se hiljade mrava sinhronizuju bez vođe?

Naučnici decenijama proučavaju ovaj fenomen i upoređuju ga s faznim prelazima u fizici, ali ostaje nejasno kako se hiljade mrava uspiju sinhronizovati bez centralnog vođstva, piše Science Alert.

Novi matematički model

Novi matematički model, predstavljen u časopisu PRX Life, pokazuje da se kolonije mrava naglo sinhronizuju kada dostignu određenu kritičnu tačku. Dok se ispod tog praga mravi kreću nezavisno, nakon što ga kolonija pređe, dovoljan je samo jedan mrav da pokrene lančanu reakciju koja zahvati cijeli mravinjak.

„Sinhronizacija ne zavisi od nekog posebnog pojedinca; bilo koji mrav može pokrenuti proces“, objasnio je Simon Garnije, biolog s Tehnološkog instituta u Nju Džerziju. Na modelu su s Garnijeom radili Majkl Napoli sa Univerziteta u Njujorku i Mauricio Porfiri.

Mehanizam sinhronizacije

„Pojava ritmova aktivnosti u našem modelu uslovljena je dvama ključnim faktorima: kolonija mora reagovati na aktivnost pojedinca, odnosno biti podložna ’društvenoj zarazi’, a ta se aktivnost mora širiti znatno brže od trajanja samih izboja“, izjavio je Napoli.

Nauka i tehnologija

Sićušni mravi postaju higijeničari uvlačeći se u čeljusti većih mrava i čisteći ih

Prema njegovim riječima, taj uvid otvara novi pogled na druge složene sisteme u kojima se može javiti pulsirajuće ponašanje, ali se ono ne održava jer nedostaje jedan od ta dva elementa. Kolonije mrava imaju veliki broj neaktivnih radnika, no susret s mravom u pokretu može i njih aktivirati.

Dok su raniji modeli tu društvenu aktivaciju opisivali statistički, novi model uzima u obzir i stvarne fizičke susrete potrebne za širenje aktivnosti.

Tri stanja aktivnosti

U modelu mravi prolaze kroz tri stanja: aktivno, neaktivno i refraktorno. Aktivni mravi se kreću i mogu podstaći druge. Neaktivni miruju, ali su spremni za akciju. Refraktorni su privremeno nepokretni i ne mogu se odmah ponovo aktivirati, što sprečava da se izboji nastavljaju bez prestanka.

Simulacije su pokazale da se aktivnost gasi ako se mravi kreću presporo ili se retko susreću. Međutim, kada brzina, gustina ili domet interakcije pređu kritični prag, susreti postaju dovoljno česti da aktivnost jednog mrava pokrene kaskadu u cijeloj koloniji.

Pitanje vremenskog okvira

Napoli taj efekat upoređuje s fizikalnim faznim prelazom, poput smrzavanja vode, ali ističe važno ograničenje. „Prelaz određuje da li je izboj uopšte moguć, a ne hoće li se dogoditi u nekom konkretnom trenutku“, rekao je. Model stoga ne može predvidjeti tačan trenutak pokretanja kolonije, ali može utvrditi da li je ona u stanju koje omogućava sinhronizovane izboje.

Ključno pitanje je kako se aktivnost jednog mrava proširi cijelom kolonijom prije nego što zamre.

„Otkrili smo da se izboji u modelu pojavljuju zbog ogromne razlike u vremenskim merilima između kretanja mrava, koje širi aktivnost, i ciklusa promjena u ponašanju, koji određuje trajanje izboja“, objasnio je Napoli.

Region

Haos na Jadranu: Plaža pretvorena u mravinjak, svi pitaju ko ovdje ljetuje

Drugim riječima, interakcije šire aktivnost mnogo brže nego što traje cjelokupni ciklus aktivnosti i mirovanja kolonije. To omogućava da se impuls prenosi s jedinke na jedinku bez ikakvog zapovednika.

Mogući mehanizam za brzo širenje informacija

Iako se rezultati simulacija podudaraju s opažanjima iz ranijih studija, rad je isključivo matematički, pa su već započeta testiranja sa živim mravima. „Trenutno provodimo i analiziramo eksperimente kako bismo potvrdili model na stvarnim podacima“, rekao je Napoli.

„Posebno nas zanima koliko je kolonija blizu praga prelaza, jer bi izboji aktivnosti mogli biti mehanizam kojim kolonija izuzetno brzo širi informacije.“

Rezultati bi mogli otkriti koliko blizu tom pragu funkcionišu stvarne kolonije i pomažu li izboji efikasnom prenosu informacija. Evolucijska prednost takvog ponašanja još nije razjašnjena.

Studija iz 2023. godine navodi da bi sinhronizovano kretanje moglo olakšati prolaz kroz zakrčene tunele mravinjaka. S druge strane, istraživanje iz 2017. pokazalo je da ciklusi aktivnosti mogu i ometati komunikaciju ako sinhronizovano mirovanje prekine lance fizičkog kontakta među radnicima. Izboji aktivnosti stoga vjerovatno predstavljaju kompromis između kretanja, komunikacije, potrošnje energije i organizacije rada.

(sputnik srbija)