Překvapivý objev: Jak jediný mravenec dokáže rozproudit vlnu koordinovaného pohybu celé kolonie

Vědci simulující chování mravenčích rojů zjistili, že jediný mravenec může být katalyzátorem pro vlnu kolektivní aktivity, která spustí krátké výbuchy koordinovaného pohybu zahrnující stovky až tisíce dělníků.

Vědci simulující chování mravenčích rojů zjistili, že jediný mravenec může být katalyzátorem pro vlnu kolektivní aktivity, která spustí krátké výbuchy koordinovaného pohybu zahrnující stovky až tisíce dělníků. Toto překvapivé zjištění pochází z nových simulací provedených na New Jersey Institute of Technology.

Před zhruba třiceti lety biologové pozorovali, že mravenci druhu Leptothorax acervorum, Temnothorax allardycei, T. rugatulus a T. rudis se periodicky pohybovali jako jeden celek. Masy hmyzu v kolonii se náhle daly do pohybu a poté se opět uklidnily, zdánlivě v náhodných intervalech. Kolektivní výbuchy aktivity nejsou exkluzivní pouze pro mravence nebo jiná zvířata; podobné jevy lze pozorovat u hejn ryb, světlušek, chemických reakcí nebo aktivace neuronů. Ne všechny komplexní systémy, ani všechny druhy mravenců, však produkují krátké výbuchy synchronizovaného pohybu.

Aby lépe porozuměli tomu, co spouští a formuje vzorce kolektivního pohybu a klidu, vytvořili vědci matematický model inspirovaný vlnami mravenčí aktivity. Jejich zjištění, publikovaná v časopise PRX Life, ukazují, jak pouhý jeden mravenec v kolonii – „první hybatel“ – aktivuje skupinu. Pohyb se pak šíří od mravence k mravenci a aktivuje významnou část kolonie, než se vlna nakonec vyčerpá.

„V mnoha kolektivních systémech se takové kaskády obvykle objevují pouze tehdy, je-li již dostatek jedinců aktivních – jakési kvórum,“ uvedl spoluautor studie Simon Garnier, profesor biologických věd na NJIT. „Nejpřekvapivějším výsledkem je, že jediný mravenec je schopen spustit celou kaskádu aktivity.“

Garnier a dva spoluautoři z New York University's Tandon School of Engineering – doktorand Michael Napoli a Maurizio Porfiri – vytvořili model, který reprezentoval každého mravence pohybujícího se nezávisle ve virtuálním hnízdě. Každý mravenec mohl přepínat mezi třemi stavy: aktivní, neaktivní nebo dočasně nereagující. Tyto přepínače mohly nastat spontánně nebo být spuštěny setkáním s aktivními spolubydlícími.

Vědci poté měnili pohyby a interakce mezi mravenci, aby zjistili, kdy individuální aktivita neovlivní ostatní mravence a kdy spustí koordinovaný pohyb v kolonii. S využitím dat z předchozích výzkumů skutečných mravenčích kolonií vědci zvážili proměnné, jako je hustota mravenců, rychlost pohybu mravenců a vzdálenost vnímání mezi spolubydlícími. Podle simulace, když byly hustota mravenců, rychlost a vzdálenost správně nastaveny, stačil pohyb jednoho mravence k tomu, aby se velká část skupiny dala do pohybu.

Synchronizované výbuchy aktivity mezi mravenci odrážejí křehkou rovnováhu, která vyvažuje přenos akcí jednoho mravence se schopností kolonie „deaktivovat“ kaskádu. Umožnění této deaktivace vytváří období klidu před další vlnou pohybu, což je klíčová součást těchto vzorců aktivity. Jako sociální hmyz se mravenci silně spoléhají na vysokorychlostní komunikaci mezi jedinci; cykly pohybových výbuchů nejen demonstrují, jak se informace rychle šíří mezi spolubydlícími, ale také ukazují důležitost klidového času mezi výzvami k akci.