Kiedy myślimy o mrówkach jako budowniczych, zwykle wyobrażamy sobie, że kopią skomplikowane sieci tuneli jako część podziemnych kolonii.
Ale David Hu, Nathan Mlot i zespół innych badaczy z Georgia Tech badają zupełnie inny rodzaj zachowań budowlanych specyficzny dla jednego gatunku mrówek: zdolność Solenopsis invicta do budowy mostów, tratw, a nawet tymczasowych schronień przy użyciu własnych ciał jako budynku materiał.
„Mrówki ogniste są w stanie budować coś, co nazywamy„ samozagregowaniem ”- mówi Hu. „Mogą budować małe łódki, małe domki zwane biwakami, a nawet mosty, aby przecinać strumienie, będąc materiałem budowlanym, łącząc ich ciała i tworząc silne sieci”.
Mrówki są obecnie uważane za gatunek inwazyjny w 25 stanach, Azji i Australii, ale ich niezwykłe zachowanie jest strategią przetrwania kształtowaną przez ich rodzime środowisko: szczególny obszar mokradeł w zachodniej Brazylii, który jest często zalewany. „Mrówki żyją pod ziemią, ale kiedy zaczyna zalewać, muszą zebrać członków kolonii, wyciągnąć ich z ziemi i zbudować pływającą tratwę”, mówi Hu.
Mrówki ogniste tworzą żywy most między filiżanką a czajnikiem. Zdjęcie dzięki uprzejmości David Hu i Nathon Mlot / Georgia Tech
Kiedy ta tratwa uderza w ląd, mrówki budują dalej. Przechodząc przez małe strumienie podczas ich późniejszej migracji, tworzą żywe mosty, które pozwalają całej kolonii wspiąć się bezpiecznie. Następnie, używając ciał, budują tymczasowe obozowisko naziemne, aby zapewnić schronienie na kilka dni potrzebnych do ponownego kopania podziemnych tuneli. Przez cały czas mrówki, które tworzą tymczasowe schronienie, ciągle się poruszają, ale nadal zachowują strukturę. „To naprawdę żywa architektura - ma dobrze skonstruowane, zorganizowane tunele, ponure pokoje”, mówi Hu. Przynajmniej dla mrówek w środku zapewnia to ochronę przed nieprzyjazną pogodą lub drapieżnikami.
Hu, inżynier, jest przede wszystkim zainteresowany badaniem rojących się mrówek jako nowego materiału o niespotykanych cechach. W ramach ostatnich badań jego grupy, przedstawionych wczoraj na dorocznym spotkaniu Amerykańskiego Towarzystwa Fizycznego, on i jego koledzy rozważali mrówki w kontekście innych „aktywnych materiałów” - substancji, które mogą reagować na zmieniające się warunki, takie jak samoleczące się cementy które mogą wykorzystywać energię słoneczną do rozszerzania się i wypełniania własnych pęknięć.
„Chcieliśmy scharakteryzować, jaki to jest materiał - czy jest to płyn, czy też ciało stałe i jak reaguje na stres?”, Mówi. „Na przykład w naturze tratwy te mogą spływać w dół rzeki i uderzać w skały lub uderzać o nie krople deszczu”.
Aby przetestować te samoregulacje, zespół Hu zastosował kilka technik, porównując struktury żywych mrówek do zlepionych martwych mrówek jako kontrolę. Używając reometru - urządzenia, które może precyzyjnie mierzyć reakcję na stres i przepływ płynu, i jest często stosowane w sytuacjach przemysłowych (takich jak opracowanie nowego szamponu) - stwierdzono, że mrówki nieustannie reorganizują swoją strukturę, aby zachować stabilność.
Wiele materiałów zachowuje się jak ciało stałe, gdy są obciążone siłami poruszającymi się z pewną prędkością, i płyn, gdy są obciążone przez spowolnione. Na przykład woda zachowuje się jak płyn, gdy wsadzisz w nią dłoń, ale ciało stałe po uderzeniu przez ludzkie ciało zeskakujące z trampoliny - powód, dla którego klapa brzucha tak bardzo boli.
Naukowcy odkryli, że struktury mrówek są kombinacją ciała stałego i płynu, gdy są obciążone siłami przy wszystkich prędkościach. Aktywnie odkształcają swoją strukturę, aby wytrzymać stres (jak płyn), ale potem odbijają się z powrotem na swoje miejsce (jak ciało stałe). Sprawdź, co się stanie, gdy jedna z ich struktur zostanie skompresowana przez płytkę Petriego, na przykład:
Z wideo dzięki uprzejmości Davida Hu i Nathon Mlot / Georgia Tech
„Ma to sens, biorąc pod uwagę ich naturalne środowisko”, mówi Hu. „Jeśli pływają w tratwie w dół rzeki, nie mają kontroli nad tym, gdzie płynie, więc jeśli coś stoi na przeszkodzie - powiedzmy, gałązka - widzisz, jak reaguje i przepływa wokół gałązki, trochę jak ameba. ”
Niesamowita jest również sama odporność mrówek i pływalność. Kiedy naukowcy próbowali zepchnąć pływające tratwy pod powierzchnią wody, odkryli, że mogą oprzeć się znacznej sile i unieść się z powrotem:
Z wideo dzięki uprzejmości Davida Hu i Nathon Mlot / Georgia Tech
Jest to częściowo możliwe dzięki egzoszkieletom mrówek, które są naturalnie hydrofobowe (tj. Chemicznie odpychają wodę). Kiedy wiele mrówek zlepia się, tworząc strukturę, woda nie przedostaje się do szczelin między nimi, więc kiedy zostaną zmuszone do zanurzenia pod wodą, powietrze, które pozostaje w tych jamach, pomaga im unosić się na powierzchni.
Być może największą tajemnicą niezwykłych żywych struktur tych mrówek jest sposób, w jaki stworzenia komunikują się, aby je zbudować. Większość komunikacji mrówek opiera się na śladach feromonów pozostawionych na ziemi, ale w tak połączonej formie ten rodzaj komunikacji wydaje się mało prawdopodobny. Badanie mikroskopowe ujawnia, że mrówki chwytają się za pomocą szczęki i małych pazurów na końcach nóg. Zauważając to, Hu dodaje: „Uważamy, że komunikują się poprzez dotyk, ale tak naprawdę jeszcze tego nie rozumiemy”.
Mrówka chwyta nogę sąsiedniej mrówki w szczękę. Zdjęcie dzięki uprzejmości David Hu i Nathon Mlot / Georgia Tech
