Fizikai rendszerként pulzálnak a hangyabolyok

Egy új tanulmány alapján matematikai modell magyarázhatja meg, miként képesek a hangyák vezető nélkül szinte egyszerre aktivitásba lendülni – számol be a ScienceAlert. A hasonló kitörések hosszabb nyugalmi időszakokat szakítanak meg, és meglétük évtizedek óta ismert, működésüknek pontos mechanizmusa azonban eddig nem volt világos.

A szakértők most arra jutottak, a kolónia akkor válhat szinkronizálttá, amikor bizonyos körülmények elérnek egy kritikus értéket. Ezután egyetlen aktív hangya mozgása olyan gyorsan terjedhet tovább a társai között, hogy rövid idő alatt a fészek jelentős része mozgásba lendül.

Legyél Te is előfizetőnk!Tetszik a National Geographic online tartalma? A nyomtatott magazinban további, máshol nem elérhető történeteket és fotókat találsz. Aktuális előfizetési akciónkról itt tájékozódhatsz.

„A szinkronizáció nem függ egyetlen konkrét egyedtől, bármelyik hangya lehet az első, amelyik mozgásba lendül” – mondta Simon Garnier, a New Jersey Institute of Technology biológusa és a csapat tagja. A szakértő és kollégái olyan matematikai modellt dolgoztak ki, amely az aktivitás terjedését nem pusztán valószínűségként kezeli, hanem azt is figyelembe veszi, hogy a rovaroknak találkozniuk kell egymással az aktivitás átadásához.

Olyan, mint egy fázisátalakulás

A modellben a hangyák három állapot között váltanak.

• Az aktív egyedek mozognak, és mozgásra késztethetik a közelükben lévő társaikat.
• Az inaktív hangyák mozdulatlanok, de aktiválhatók.
• A harmadik, tétlen állapotban lévő példányok szintén nem mozognak, és egy ideig nem is aktiválhatók újra. Ez megakadályozza, hogy egy aktivitási hullám korlátlan ideig fennmaradjon.

A szimulációkban az aktivitás gyorsan elhalt, ha a hangyák túl lassan mozogtak, vagy túl ritkán találkoztak egymással. Amikor azonban a mozgási sebesség, a kolónia sűrűsége vagy az egymással való interakció hatótávolsága elért egy bizonyos küszöböt, az aktivitás láncreakciószerűen végigterjedhetett a kolónián.

Michael Napoli, a New York Egyetem mérnöke szerint ezt egy fizikai fázisátalakulás, például a víz megfagyásához hasonló. Érdemes hozzátenni: a modell nem képes megjósolni, hogy pontosan mikor indul el egy aktivitási kitörés, „csak” azt mutatja meg, hogy a kolónia olyan állapotban van-e, amelyben egy ilyen kitörés létrejöhet.

A kulcs a kutatók szerint az eltérő időskálákban rejlik. Egy hangya mozgása sokkal gyorsabban terjedhet át a szomszédaira, mint ahogy az egyedek az aktivitás és nyugalom különböző állapotain haladnak keresztül. Így az egyik rovar által elindított mozgás végigfuthat a kolónián, mielőtt az aktivitás természetes módon lecsengene.

„Az aktivitási ritmusok kialakulása a modellünkben két alapvető tényezőtől függ: a kolóniának reagálnia kell egyetlen egyed aktivitására, vagyis érzékenynek kell lennie a társas terjedésre, és ennek az egyednek sokkal gyorsabban kell továbbadnia az aktivitást, mint amennyi idő alatt maga az aktivitási kitörés lezajlik” – mondta Napoli.

Tovább kell vizsgálni a hangyák kitöréseit

A jelenség azért is érdekes, mert a hangyabolyban nincs olyan vezető egyed, amely összehangolná a többiek mozgását. Korábbi vizsgálatok során már megállapították, hogy a kolóniák bizonyos döntési helyzetekben ideghálózathoz vagy egyetlen szuperorganizmushoz hasonlóan viselkedhetnek.

Az új modell eredményei összhangban vannak korábbi megfigyelésekkel. A csapat most élő hangyákon is teszteli, ellenőrizve, hogy valóban leírja-e a természetben zajló folyamatokat. A kutatók azt is szeretnék megvizsgálni, hogy a valódi kolóniák milyen közel működnek a szinkronizációs küszöbhöz, és az aktivitási kitörések valóban segítik-e az információ gyors terjedését a fészekben.

Érdekesség, hogy a jelenségnek lehetnek hátrányai is. Korábbi vizsgálatok alapján a szinkronizált mozgás megkönnyítheti a zsúfolt fészekben való közlekedést, más elemzések viszont arra utalnak, hogy az egyszerre bekövetkező inaktivitási szakaszok megszakíthatják az információ terjedését. Az aktivitási kitörések így valószínűleg a mozgás, a kommunikáció, az energiafelhasználás és a kolónia munkaszervezésének összetett egyensúlyából alakulnak ki.