Мравињак се понаша као један организам: Како се хиљаде мрава синхронизују без вође?

Научници деценијама проучавају овај феномен и упоређују га с фазним прелазима у физици, али остаје нејасно како се хиљаде мрава успију синхронизовати без централног вођства, пише Science Alert.

Нови математички модел

Нови математички модел, представљен у часопису PRX Life, показује да се колоније мрава нагло синхронизују када достигну одређену критичну тачку. Док се испод тог прага мрави крећу независно, након што га колонија пређе, довољан је само један мрав да покрене ланчану реакцију која захвати цијели мравињак.

„Синхронизација не зависи од неког посебног појединца; било који мрав може покренути процес“, објаснио је Симон Гарније, биолог с Технолошког института у Њу Џерзију. На моделу су с Гарнијеом радили Мајкл Наполи са Универзитета у Њујорку и Маурицио Порфири.

Механизам синхронизације

„Појава ритмова активности у нашем моделу условљена је двама кључним факторима: колонија мора реаговати на активност појединца, односно бити подложна ’друштвеној зарази’, а та се активност мора ширити знатно брже од трајања самих избоја“, изјавио је Наполи.

Наука и технологија

Сићушни мрави постају хигијеничари увлачећи се у чељусти већих мрава и чистећи их

Према његовим ријечима, тај увид отвара нови поглед на друге сложене системе у којима се може јавити пулсирајуће понашање, али се оно не одржава јер недостаје један од та два елемента. Колоније мрава имају велики број неактивних радника, но сусрет с мравом у покрету може и њих активирати.

Док су ранији модели ту друштвену активацију описивали статистички, нови модел узима у обзир и стварне физичке сусрете потребне за ширење активности.

Три стања активности

У моделу мрави пролазе кроз три стања: активно, неактивно и рефракторно. Активни мрави се крећу и могу подстаћи друге. Неактивни мирују, али су спремни за акцију. Рефракторни су привремено непокретни и не могу се одмах поново активирати, што спречава да се избоји настављају без престанка.

Симулације су показале да се активност гаси ако се мрави крећу преспоро или се ретко сусрећу. Међутим, када брзина, густина или домет интеракције пређу критични праг, сусрети постају довољно чести да активност једног мрава покрене каскаду у цијелој колонији.

Питање временског оквира

Наполи тај ефекат упоређује с физикалним фазним прелазом, попут смрзавања воде, али истиче важно ограничење. „Прелаз одређује да ли је избој уопште могућ, а не хоће ли се догодити у неком конкретном тренутку“, рекао је. Модел стога не може предвидјети тачан тренутак покретања колоније, али може утврдити да ли је она у стању које омогућава синхронизоване избоје.

Кључно питање је како се активност једног мрава прошири цијелом колонијом прије него што замре.

„Открили смо да се избоји у моделу појављују због огромне разлике у временским мерилима између кретања мрава, које шири активност, и циклуса промјена у понашању, који одређује трајање избоја“, објаснио је Наполи.

Регион

Хаос на Јадрану: Плажа претворена у мравињак, сви питају ко овдје љетује

Другим ријечима, интеракције шире активност много брже него што траје цјелокупни циклус активности и мировања колоније. То омогућава да се импулс преноси с јединке на јединку без икаквог заповедника.

Могући механизам за брзо ширење информација

Иако се резултати симулација подударају с опажањима из ранијих студија, рад је искључиво математички, па су већ започета тестирања са живим мравима. „Тренутно проводимо и анализирамо експерименте како бисмо потврдили модел на стварним подацима“, рекао је Наполи.

„Посебно нас занима колико је колонија близу прага прелаза, јер би избоји активности могли бити механизам којим колонија изузетно брзо шири информације.“

Резултати би могли открити колико близу том прагу функционишу стварне колоније и помажу ли избоји ефикасном преносу информација. Еволуцијска предност таквог понашања још није разјашњена.

Студија из 2023. године наводи да би синхронизовано кретање могло олакшати пролаз кроз закрчене тунеле мравињака. С друге стране, истраживање из 2017. показало је да циклуси активности могу и ометати комуникацију ако синхронизовано мировање прекине ланце физичког контакта међу радницима. Избоји активности стога вјероватно представљају компромис између кретања, комуникације, потрошње енергије и организације рада.

(спутник србија)