211service.com
Hemmeligheden bag myretransportnetværk
Blandt de mest imponerende transportnetværk på planeten er de komplekse stier, som myrer skaber omkring deres reder. Disse netværk opstår gennem myrernes udforskning af deres miljø og ender med at kanalisere distributionen af føde til kolonien og de daglige bevægelser af hundredtusindvis af individer.
Hvad mere er, er disse netværk ikke bare en tilfældig krydsning af rummet. I stedet er de en yderst effektiv løsning på problemet med at søge og transportere fødevarer. Forskellige grupper har skabt myrelignende fourageringsalgoritmer til at udføre andre former for virtuel udforskning.
Et spørgsmål, der har fascineret biologer, er, hvordan myrer bygger disse netværk. De har i nogen tid vidst, at myrer efterlader små aflejringer af feromoner, når de rejser, og at andre myrer følger disse stier og efterlader deres egne aflejringer. Dette øger koncentrationen af feromonet, hvilket styrker sporet.
Men den præcise algoritme, der styrer, hvordan myrer reagerer på feromoner, har været sværere at fastlægge. Mange forsøg viser, at et spor kun kan forstærkes, hvis myrer har en uforholdsmæssigt større sandsynlighed for at følge et spor med højere feromonkoncentration.
Biologer har altid antaget, at denne uforholdsmæssige reaktion betyder, at myrer skal have en ikke-lineær reaktion på kemikaliet. Med andre ord, en myres tendens til at vende sig mod en feromonaflejring er relateret på en ikke-lineær måde til koncentrationen.
Men det ser ud til at være i konflikt med en af den eksperimentelle biologis store triumfer – Webers lov, som relaterer den opfattede intensitet af en stimulus til dens fysiske størrelse. Biologer ved, at dette gælder for den menneskelige opfattelse af mange stimuli, såsom lydens intensitet, og har også bekræftet det hos mange insekter. Så hvorfor ikke i myrer?
I dag løser Andrea Perna ved Complex Systems Institute i Paris Ile de France og et par venner problemet. Disse fyre har udviklet en helt ny måde at afbilde feromonspor på, som giver dem mulighed for at studere myres reaktion på feromoner mere detaljeret end nogensinde før.
De siger, at strukturen af myrestier kan forklares fuldstændigt, hvis myrernes reaktion på en koncentration af feromondråber er lineær. En myre vil dreje til venstre i forhold til forskellen mellem det feromon, den har på sin venstre side, og feromonet på sin højre side, siger Perna og co.
De påpeger også, at det er præcis, hvad Webers lov forudsiger.
Så hvor kommer den ikke-linearitet, der kræves for at skabe stier, fra? Perna og co siger, at myres adfærd uundgåeligt er støjende. Vi viser, at den nødvendige ikke-linearitet ikke ligger i myrernes perceptuelle respons, men i støjen forbundet med deres bevægelse, siger de.
Det er et fascinerende resultat, fordi det afslører, hvordan kompleksitet i naturen opstår med de enkleste input.
Og det har helt klart konsekvenser for studiet af andre komplekse strukturer, som myrer skaber, såsom deres reder. Hvordan myrer skaber disse enorme levende strukturer, har længe undret biologer.
Perna og venner antyder et svar i deres konklusion. Vi kan forestille os, at andre kollektive fænomener, såsom gruppebeslutningstagning, også kunne være baseret på kobling mellem Webers lov og simple feedback-mekanismer.
I tilfælde af reder ville denne mekanisme skulle fungere i tre dimensioner i stedet for to. Men det burde ikke være en for stor udfordring. Måske et problem, som en forholdsvis simpel computermodel kunne hjælpe med at løse.
Ref: arxiv.org/abs/1201.5827 :Individuelle regler for stimønsterdannelse hos argentinske myrer (Linepithema Humile)