Hemligheten med myrtransportnätverk

Bland de mest imponerande transportnätverken på planeten är de komplexa stigar som myror skapar runt sina bon. Dessa nätverk uppstår genom myrornas utforskning av sin miljö och i slutändan kanaliserar distributionen av mat till kolonin och de dagliga rörelserna hundratusentals individer.

Dessutom är dessa nätverk inte bara en slumpmässig korsning av rymden. Istället är de en mycket effektiv lösning på problemet med att leta och transportera mat. Olika grupper har skapat myrliknande födosöksalgoritmer för att göra andra typer av virtuell utforskning.

En fråga som har fascinerat biologer är hur myror bygger dessa nätverk. De har vetat under en tid att myror lämnar små avlagringar av feromoner när de reser och att andra myror följer dessa spår och lämnar sina egna avlagringar. Detta ökar koncentrationen av feromonet, vilket stärker spåret.

Men den exakta algoritmen som styr hur myror reagerar på feromoner har varit svårare att fastställa. Många experiment visar att ett spår bara kan förstärkas om myror har en oproportionerligt högre sannolikhet att följa ett spår med högre feromonkoncentration.

Biologer har alltid antagit att detta oproportionerliga svar innebär att myror måste ha ett icke-linjärt svar på kemikalien. Med andra ord, en myras tendens att vända sig mot en feromonavlagring är relaterad på ett icke-linjärt sätt till koncentrationen.

Men det verkar stå i konflikt med en av den experimentella biologins stora triumfer – Webers lag, som relaterar den upplevda intensiteten av en stimulans till dess fysiska omfattning. Biologer vet att detta gäller för människans uppfattning av många stimuli, såsom ljudets intensitet, och har också verifierat det hos många insekter. Så varför inte hos myror?

Idag löser Andrea Perna vid Complex Systems Institute i Paris Ile de France och några kompisar problemet. Dessa killar har utvecklat ett helt nytt sätt att avbilda feromonspår som gör att de kan studera myrs reaktion på feromoner i mer detalj än någonsin tidigare.

De säger att strukturen hos myrstigar kan förklaras helt om myrornas svar på en koncentration av feromondroppar är linjär. En myra kommer att vända sig åt vänster i proportion till skillnaden mellan feromonet den har på sin vänstra sida och feromonet på sin högra sida, säger Perna och co.

De påpekar också att detta är precis vad Webers lag förutspår.

Så varifrån kommer den icke-linjäritet som krävs för att skapa spår? Perna och co säger att myrbeteendet oundvikligen är bullrigt. Vi visar att den erforderliga icke-linjäriteten inte ligger i myrornas perceptuella respons, utan i det brus som är förknippat med deras rörelse, säger de.

Det är ett fascinerande resultat eftersom det avslöjar hur komplexitet i naturen bildas med de enklaste inputs.

Och det har helt klart konsekvenser för studiet av andra komplexa strukturer som myror skapar, som deras bon. Hur myror skapar dessa enorma livfulla strukturer har länge förbryllat biologer.

Perna och vänner antyder ett svar i sin slutsats. Vi kan föreställa oss att andra kollektiva fenomen, såsom gruppbeslutsfattande, också skulle kunna baseras på kopplingen mellan Webers lag och enkla återkopplingsmekanismer.

När det gäller bon måste denna mekanism fungera i tre dimensioner snarare än två. Men det borde inte vara en alltför stor utmaning. Kanske ett problem som en relativt enkel datormodell skulle kunna hjälpa till att lösa.

Ref: arxiv.org/abs/1201.5827 :Individuella regler för bildning av spårmönster hos argentinska myror (Linepithema Humile)

Dölj