Η μελέτη κατέληξε στο συμπέρασμα ότι οι σχεδίες μυρμηγκιών πυρκαγιάς σχηματίζονται λόγω του φαινομένου Cheerios

Τα μυρμήγκια της φωτιάς μπορεί να είναι μια μάστιγα των νότιων πολιτειών όπως η Τζόρτζια και το Τέξας, αλλά επιστημονικά είναι Φανταστικό στο άπειρο Ένα παράδειγμα ομαδικής συμπεριφοράς. Μερικά μυρμήγκια πυρκαγιάς σε καλή απόσταση συμπεριφέρονται σαν μεμονωμένα μυρμήγκια. Αλλά συσκευάστε αρκετά από αυτά μαζί και θα λειτουργήσουν περισσότερο σαν μια ενιαία μονάδα, επιδεικνύοντας στερεές και υγρές ιδιότητες. Μπορούν να σχηματίσουν σχεδίες για να επιβιώσουν από ξαφνικές πλημμύρες, να τακτοποιηθούν σε πύργους και μπορείτε ακόμη και να τις ρίξετε από μια τσαγιέρα σαν υγρά.

«Το συνδυασμένο, το οποίο μπορεί να θεωρηθεί ως ουσία, είναι γνωστό ως «δραστική ουσία»», είπε. Hangtang Koh, τώρα μεταδιδακτορικός ερευνητής στο Πανεπιστήμιο του Πρίνστον, ο οποίος άρχισε να μελετά αυτά τα αξιολάτρευτα πλάσματα όταν ήταν μεταπτυχιακός φοιτητής στο Georgia Tech το 2018. (Και ναι, τον τσίμπησαν πολλές φορές.) Ποντόνια μυρμηγκιών πυρκαγιάς. ο πρώτος, Δημοσιεύτηκε στο Το περιοδικό Bioinspiration and Biomimetics (B&B) ερεύνησε πώς συμπεριφέρονται οι σχεδίες μυρμηγκιών πυρκαγιάς σε ρέοντα νερά σε σύγκριση με τις συνθήκες στάσιμου νερού.

Δεύτερος, δεκτό για δημοσίευση Στο Fluids of Physical Review, εξερευνήστε τον μηχανισμό με τον οποίο τα μυρμήγκια της φωτιάς ενώνονται για να σχηματίσουν σχεδίες εξαρχής. ko και άλλοι. Έμειναν κάπως έκπληκτοι όταν ανακάλυψαν ότι ο αρχικός μηχανισμός φαινόταν σαν να ήτανΕφέ CheeriosΟνομάστηκε προς τιμήν της τάσης των τελευταίων εναπομεινάντων Cheerios που επιπλέουν στο γάλα να συσσωρεύονται στο μπολ, είτε παρασύροντας προς το κέντρο είτε προς τις εξωτερικές άκρες.

Ένα μυρμήγκι έχει μια ορισμένη ποσότητα υδροφοβικότητας, δηλαδή την ικανότητα να απωθεί το νερό. αυτό είναι Το ακίνητο έχει συμπυκνωθεί Όταν ενώνονται μεταξύ τους, υφαίνουν το σώμα τους σαν αδιάβροχο ύφασμα. Τα μυρμήγκια μαζεύουν τυχόν αυγά, βγαίνουν στην επιφάνεια μέσα από τις σήραγγες της φωλιάς τους και καθώς τα νερά της πλημμύρας ανεβαίνουν, τα μυρμήγκια τσιμπολογούν το ένα το σώμα του άλλου με τις κάτω σιαγόνες και τα νύχια τους μέχρι να σχηματιστεί μια επίπεδη δομή σαν σχεδία. Κάθε μυρμήγκι συμπεριφέρεται σαν ένα μόνο μόριο σε μια ουσία, για παράδειγμα, κόκκοι άμμου σε ένα σωρό άμμου. Τα μυρμήγκια μπορούν να το πετύχουν αυτό σε λιγότερο από 100 δευτερόλεπτα. Επιπλέον, η σχεδία μυρμηγκιών είναι «αυτοθεραπευτική»: είναι αρκετά ισχυρή ώστε αν ένα μυρμήγκι χαθεί εδώ κι εκεί, η συνολική δομή μπορεί να παραμείνει σταθερή και ανέπαφη, ακόμη και για μήνες κάθε φορά.

Το 2019, ο Ko και οι συνεργάτες του Αυτό έχει αναφερθεί Τα μυρμήγκια της φωτιάς μπορούν να αισθανθούν ενεργά τις αλλαγές στις δυνάμεις που ενεργούν στην πλωτή σχεδία τους. Τα μυρμήγκια γνωρίζουν τις διαφορετικές συνθήκες ροής ρευστού και μπορούν να προσαρμόσουν τη συμπεριφορά τους ανάλογα για να διατηρήσουν τη σχεδία σταθερή. Ένα κουπί που κινείται μέσα από το νερό του ποταμού θα δημιουργήσει μια σειρά από δίνες (γνωστές ως δίνη χύτευσης), προκαλώντας τις σχεδίες των μυρμηγκιών να περιστρέφονται. Αυτές οι δίνες μπορούν επίσης να ασκήσουν πρόσθετες δυνάμεις στη σχεδία, αρκετές για να τη διασπάσουν. Οι αλλαγές τόσο στις φυγόκεντρες δυνάμεις όσο και στις δυνάμεις διάτμησης που δρουν στη σχεδία είναι πολύ μικρές – ίσως 2 τοις εκατό έως 3 τοις εκατό της κανονικής βαρυτικής δύναμης. Ωστόσο, με κάποιο τρόπο, τα μυρμήγκια μπορούν να αισθανθούν αυτές τις μικρές αλλαγές με το σώμα τους.

Νωρίτερα αυτό το έτος, ερευνητές από το Πανεπιστήμιο του Κολοράντο, Boulder, Έθεσα μερικούς απλούς κανόνες που φαίνεται να ελέγχουν τον τρόπο με τον οποίο οι πλωτές σχεδίες μυρμηγκιών συρρικνώνονται και διευρύνουν το σχήμα τους με την πάροδο του χρόνου. ως τέτοια ενημέρωσέ μας Εκείνη την εποχή, οι δομές συμπιέζονταν μερικές φορές σε πυκνούς κύκλους μυρμηγκιών. Άλλες φορές, τα μυρμήγκια θα αρχίσουν να απλώνονται για να σχηματίσουν προεκτάσεις που μοιάζουν με γέφυρα (ψευδόποδα), μερικές φορές χρησιμοποιώντας τις προεκτάσεις για να ξεφύγουν από τα δοχεία.

Πώς τα μυρμήγκια πέτυχαν αυτές τις αλλαγές; Οι πλωτήρες αποτελούνται κυρίως από δύο διακριτά στρώματα. Τα μυρμήγκια στο κάτω στρώμα εξυπηρετούν έναν δομικό σκοπό, καθώς αποτελούν τη σταθερή βάση της σχεδίας. Αλλά τα μυρμήγκια στο ανώτερο στρώμα κινούνται ελεύθερα πάνω από τα σώματα που συνδέονται με τα αδέρφια τους στο κάτω στρώμα. Μερικές φορές τα μυρμήγκια μετακινούνται από το κάτω στρώμα στο επάνω στρώμα ή από το επάνω στρώμα στο κάτω στρώμα σε έναν φαύλο κύκλο.

ko et al.Η μελέτη B&B σχετίζεται κάπως με την εστίαση, με εξαίρεση τη μελέτη Boulder που εξέτασε την ευρεία συλλογική δυναμική παρά τις αλληλεπιδράσεις μεταξύ μεμονωμένων μυρμηγκιών. «Υπάρχουν χιλιάδες και χιλιάδες μυρμήγκια στη φύση, αλλά κανείς δεν ξέρει πραγματικά πώς ένα ζευγάρι μυρμηγκιών θα αλληλεπιδράσει μεταξύ τους και πώς αυτό επηρεάζει τη σταθερότητα της σχεδίας», είπε ο Koe στο Ars.

Με τόσο μεγάλες σχεδίες, ο πλεονασμός μπορεί να είναι ένα ζήτημα. Ο Koe ήθελε να αποκτήσει περισσότερο έλεγχο στα πειράματά του και επίσης να μελετήσει πώς τα μυρμήγκια προσαρμόστηκαν σε διαφορετικά σενάρια ροής στο νερό. Βρήκε ότι τα μυρμήγκια χρησιμοποιούν μια ενεργή στρατηγική απλοποίησης, αλλάζοντας το σχήμα της σχεδίας για να μειώσουν την αντίσταση. «Έτσι, πιθανότατα χρειάζεται λιγότερη δύναμη ή λιγότερο μεταβολικό κόστος για να κολληθούν στα φυτά από ό,τι αν είχαν κολλήσει στο αρχικό, μεγαλύτερο σχήμα πίτας», είπε ο Koe.