Когда мы думаем о муравьях как о строителях, мы обычно представляем, как они копают сложные туннельные сети как часть подземных колоний.
Но Дэвид Ху, Натан Млот и команда других исследователей из Технологии Джорджии изучают совершенно другой тип поведения зданий, характерный для одного вида муравьев: способность Solenopsis invicta строить мосты, плоты и даже временные укрытия, используя свои собственные тела в качестве здания материал.
«Огненные муравьи способны создавать то, что мы называем« самоагрегацией », - говорит Ху. «Они могут строить маленькие лодки, маленькие домики, называемые бивуаками, и даже мосты, чтобы пересекать ручьи, будучи строительным материалом, связывая их тела и образуя прочные сети».
Муравьи в настоящее время считаются инвазивными видами в 25 штатах, Азии и Австралии, но их необычное поведение является стратегией выживания, определяемой их естественной средой обитания: особой областью водно-болотных угодий в западной части Бразилии, которые часто затопляются. «Муравьи живут под землей, но когда начинается наводнение, им приходится собирать членов колонии, вытаскивать их из земли и строить плавучий плот», - говорит Ху.
Огненные муравьи образуют живой мост между чашкой и чайником. Фото предоставлено Дэвидом Ху и Натоном Млотом / Georgia Tech
Когда этот плот попадает в землю, муравьи продолжают строить. Чтобы пересечь небольшие потоки во время их последующей миграции, они создают живые мосты, которые позволяют всей колонии карабкаться в безопасное место. После этого, используя свои тела, они строят временный надземный лагерь, чтобы обеспечить убежище на несколько дней, необходимых для повторного рытья подземных туннелей. Все это время муравьи, которые образуют временное укрытие, постоянно движутся, но все еще сохраняют структуру. «Это действительно живая архитектура - у нее хорошо построенные, организованные туннели, комнаты для размышлений», - говорит Ху. По крайней мере, для муравьев внутри, это обеспечивает защиту от неблагоприятных погодных условий или хищников.
Ху, инженер, в первую очередь заинтересован в изучении роящихся муравьев как нового материала с беспрецедентными характеристиками. В рамках недавнего исследования его группы, представленного вчера на ежегодном собрании Американского физического общества, он и его коллеги рассмотрели муравьев в контексте других «активных материалов» - веществ, которые могут реагировать на изменяющиеся условия, такие как цементы с самоисцелением. которые могут использовать энергию солнечного света для расширения и заполнения собственных трещин.
«Мы хотели охарактеризовать, что это за материал - он жидкий или твердый, и как он реагирует на стресс?» - говорит он. «В природе, например, эти плоты могут плыть по реке и врезаться в скалы, или капли дождя могут поразить их».
Чтобы проверить эти самоагрегации, команда Ху использовала несколько методов, сравнивая живые муравьиные структуры с комками мертвых муравьев в качестве контроля. Используя реометр - устройство, которое может точно измерять реакцию на напряжение и поток жидкости и часто применяется в промышленных ситуациях (например, при разработке нового шампуня), - они обнаружили, что муравьи постоянно реорганизуют свою структуру для поддержания стабильности.
Многие материалы ведут себя как твердое тело, когда на них воздействуют силы, движущиеся с определенной скоростью, и жидкость, на которые воздействуют замедленные. Вода, например, ведет себя как жидкость, когда вы суете в нее руку, но твердое тело, когда человеческое тело прыгает с трамплина - причина, по которой живот болит так сильно.
Исследователи обнаружили, что муравьиные структуры представляют собой сочетание твердого тела и жидкости при воздействии сил на всех скоростях. Они активно деформируют свою структуру, приспосабливаясь к напряжению (например, жидкости), но затем возвращаются на место (как твердое тело). Посмотрите, что происходит, когда одна из их структур сжимается чашкой Петри, например:
Из видео предоставлено Дэвидом Ху и Натоном Млотом / Georgia Tech
«Это имеет смысл, основываясь на их естественной среде обитания», - говорит Ху. «Если они плывут на плоту по реке, они не могут контролировать, где он плавает, поэтому, если что-то на пути - скажем, веточка - вы видите, как реагирует и обтекает веточку, что-то вроде амебы. »
Устойчивость и плавучесть муравьев также замечательны. Когда исследователи попытались толкнуть плавающие плоты под поверхностью воды, они обнаружили, что могут противостоять значительному усилию и всплыть обратно:
Из видео предоставлено Дэвидом Ху и Натоном Млотом / Georgia Tech
Отчасти это возможно благодаря экзоскелетам муравьев, которые естественным образом гидрофобны (т.е. они химически отталкивают воду). Когда многие муравьи собираются вместе, образуя структуру, вода не проникает в промежутки между ними, поэтому, когда они оказываются под водой, воздух, который остается в этих полостях, помогает им плавать.
Возможно, самая большая загадка замечательных живых структур этих муравьев заключается в том, как существа общаются, чтобы построить их. Большая часть общения с муравьями основана на следах феромонов, оставленных на земле, но в такой взаимосвязанной форме этот тип связи кажется маловероятным. Микроскопическое исследование показывает, что муравьи обхватывают друг друга, используя как челюсти, так и маленькие когти на конце своих ног. Отмечая это, Ху добавляет: «Мы думаем, что они общаются через прикосновение, но на самом деле мы этого еще не понимаем».
Муравей хватает челюсть соседнего муравья за челюсть. Изображение предоставлено Дэвидом Ху и Натоном Млотом / Georgia Tech
