Łamanie symetrii uciekających mrówek

Łamanie symetrii uciekających mrówek to zjawisko , które obserwuje się, gdy mrówki są zamykane w komórce z dwoma wyjściami w równych odległościach, a następnie spryskiwane środkiem odstraszającym owady . Mrówki mają tendencję do stłoczenia się przy jednych drzwiach więcej (tj. dochodzi do złamania symetrii w zachowaniu ucieczki), zmniejszając skuteczność ewakuacji.

Opis

Zjawisko to pojawia się w doświadczeniach, w których mrówki robotnice są zamykane w okrągłej celi ze szklaną pokrywą w taki sposób, że mogą poruszać się tylko w dwóch wymiarach (tj. mrówki nie mogą przechodzić nad sobą). Komórka posiada dwa wyjścia rozmieszczone symetrycznie względem jej środka. Eksperymenty składały się z dwóch różnych zestawów prób. W pierwszym zestawie prób oba wyjścia zostały otwarte w tym samym czasie, umożliwiając mrówkom ucieczkę. Po 30 powtórzeniach jedne drzwi były używane o 13,666% częściej niż drugie. W drugim zestawie prób konfiguracja była identyczna, ale na kilka sekund przed otwarciem drzwi dawka 50 µl środka odstraszającego owady został wstrzyknięty do komórki w jej środku przez mały otwór w szklanej pokrywie. Po 30 powtórzeniach jedne drzwi były używane o 38,3% częściej niż drugie.

Historia

Zainspirowany wcześniejszymi symulacjami komputerowymi, które przewidywały zjawisko łamania symetrii, gdy spanikowani ludzie uciekają z pokoju z dwoma równoważnymi wyjściami, zespół naukowców pod kierownictwem E. Altschulera przeprowadził dwa opisane powyżej eksperymenty, które ujawniły efekt łamania symetrii w mrówka ścinająca liście Atta insularis w obecności środka odstraszającego owady.

Inny zespół naukowców kierowany przez Geng Li badał wpływ gęstości grupy mrówek na łamanie symetrii. Użyli importowanej czerwonej mrówki ognistej, aby powtórzyć eksperyment z różnymi ilościami mrówek. Wyniki pokazują, że łamanie symetrii jest wysokie przy niskich zagęszczeniach mrówek, ale maleje powyżej pewnego punktu zagęszczenia mrówek. Innymi słowy, gdy gęstość jest niska, grupa mrówek tworzy zbiorową ucieczkę, podczas gdy przy dużej gęstości ich zachowanie bardziej przypomina losowe cząstki.

Wyjaśnienia

Powszechnie uważa się, że wstrzyknięcie środka odstraszającego owady wywołuje u mrówek zachowanie stadne . Kiedy mrówki wpadają w panikę, mają silną tendencję do podążania za sobą. W rezultacie, jeśli przypadkowa fluktuacja w systemie powoduje lokalnie dużą liczbę mrówek próbujących dotrzeć do jednych z dwojga drzwi, fluktuacja może zostać wzmocniona, ponieważ mrówki mają tendencję do podążania w kierunku większości osobników, w wyniku czego te drzwi się zatłoczony.

Altshuler i współpracownicy byli w stanie odtworzyć swoje eksperymenty z łamaniem symetrii przeprowadzone wcześniej na mrówkach u ludzi, używając uproszczonej wersji modelu teoretycznego zaproponowanego wcześniej przez Helbinga i in. opiera się na fakcie, że spacerowicze mają tendencję do podążania w ogólnym kierunku ruchu swoich sąsiadów („ reguła Vicseka ”), a takie zachowanie stadne nasila się wraz ze wzrostem tzw. „parametru paniki”. W przypadku mrówek parametr paniki ma być niski, gdy nie stosuje się repelentu, a wysoki, gdy repelent jest używany.

Bardziej „rozsądny biologicznie” model oparty na odkładaniu feromonu alarmowego przez mrówki pod wpływem stresu również odtwarza zjawisko łamania symetrii, z tą zaletą, że przewiduje również wyniki eksperymentalne dla różnych stężeń mrówek w komórce. Mechanizm feromonów ma wspólne kluczowe elementy z poprzednich modeli: zestresowane mrówki mają tendencję do „podążania za tłumem”.