Важливі новини щодня — додайте «Експерт» в улюблені джерела Google
Мурашина колонія може за лічені миті перейти від спокою до масового синхронного руху. Нова математична модель показала, за яких умов активність однієї мурахи здатна запустити хвилю по всьому гнізду.
Збоку мурашник може здаватися хаотичним скупченням комах, кожна з яких рухається незалежно від інших. Проте дослідники вже десятиліттями спостерігають у колоніях незвичайні «сплески активності».
Після періоду спокою значна частина мурах раптом починає рухатися майже одночасно. Потім активність згасає, і мурашник знову затихає.
Науковці порівнюють таку поведінку з фазовими переходами у фізичних системах. Однак тривалий час залишалося загадкою, як тисячі комах примудряються синхронізуватися без ватажка або іншого центру керування.
Нова математична модель показала, що вирішальним може бути досягнення певного критичного порогу. До нього мурахи рухаються незалежно одна від одної, а після його подолання ситуація різко змінюється.
Тоді навіть одна активна мураха здатна запустити хвилю руху серед сусідів, яка пошириться далі по колонії.
«Синхронізація не залежить від якоїсь конкретної особини; будь-яка мураха може стати першою, яка почне рухатися», — пояснив біолог Технологічного інституту Нью-Джерсі Саймон Гарньє.
У створеній дослідниками моделі мурахи можуть перебувати у трьох станах: активному, неактивному та рефрактерному.
Активні особини рухаються і можуть спонукати до руху мурах поруч. Неактивні залишаються нерухомими, але здатні відреагувати на активність сусідів.
Рефрактерні мурахи тимчасово не рухаються і не можуть одразу активізуватися знову. Завдяки цьому сплеск не триває безкінечно, а колонія після хвилі активності повертається до спокою.
Під час моделювання дослідники побачили, що за недостатньої швидкості руху або надто рідкісних зустрічей між мурахами імпульс швидко згасає.
Але щойно швидкість, щільність або радіус взаємодії перевищують критичну межу, контактів стає достатньо для ланцюгової реакції. Рух однієї мурахи передається іншим, доки хвиля не охоплює колонію.
Один з авторів моделі Майкл Наполі порівняв цей ефект із замерзанням води. В обох випадках після досягнення певної межі система переходить в інший стан.
Проте модель не дозволяє передбачити точну мить, коли спокійний мурашник раптом почне рухатися. Вона лише показує, чи склалися в колонії умови, за яких такий масовий сплеск можливий.
Дослідники визначили дві головні умови для появи такого ритму. Мурахи мають достатньо сильно реагувати на активність інших особин, а сигнал повинен поширюватися колонією швидше, ніж згасає сам сплеск.
Якщо хоча б одна з цих умов не виконується, синхронного руху не виникає.
Науковці вважають, що отримані результати можуть допомогти краще зрозуміти й інші складні системи, в яких узгоджена поведінка виникає без єдиного центру керування.
