Если вы когда-нибудь наблюдали за муравьями в поисках пищи, вы, вероятно, предполагали, что они просто беспорядочно ходят по земле. Но исследование ученых, опубликованное 30 января в журнале iScience, показало, что по крайней мере один вид каменных муравьев вовсе не ходит беспорядочно. Вместо этого в их поисках сочетаются систематические блуждания с перемежающимися случайными прогулками.
«Ранее исследователи в этой области предполагали, что муравьи движутся чисто случайным образом при поиске целей, местоположение которых им неизвестно», – сказал Стефан Попп из Университета Аризоны в Тусоне. «Мы обнаружили, что скальные муравьи, Temnothorax rugatulus, демонстрируют поразительный, регулярный характер передвижения при исследовании территории вокруг своих гнезд. Это означает, что муравьи плавно чередуют левые и правые повороты на относительно регулярной шкале длины, равной примерно трем длинам тела».
Он объясняет, что он и его коллеги называют такое поведение «меандрированием», потому что оно напоминает им узор, образуемый меандрирующей рекой. Более того, их исследование показало, что меандрирование муравьев может сделать их поиск более эффективным, чем чисто случайный поиск. Это связано с тем, что при меандрировании муравьи реже пересекают свои собственные пути, чем при случайном поиске, поэтому они реже ищут одну и ту же область дважды.
Команда Поппа задалась целью изучить, как муравьи реагируют на сородичей и структуру поверхности в масштабах колонии. Поскольку следить за муравьями в естественной среде сложно, они перенесли целую колонию в лабораторию, где можно было легко отслеживать всех муравьев автоматически и в постоянных условиях.
Вскоре они заметили, что муравьи ходят по кругу. Сразу же возник вопрос: могли ли наблюдаемые ими узоры возникнуть из случайных загогулин, без каких-либо систематических правил? Или муравьи двигались более систематическим, неслучайным образом? Чтобы выяснить это, они сравнили муравьиные следы с имитированными на компьютере моделями случайных прогулок.
«Мы хотели убедиться, что не видим закономерностей там, где их нет», – сказал Попп. «Затем мы использовали простой статистический метод выявления регулярности в следах движения, чтобы получить простой ответ».
Они сообщают, что в результате проведенных исследований 78% муравьев показали значительную отрицательную автокорреляцию в районе 10 мм, или около 3 длин тела. Это означает, что за поворотами в одном направлении обычно следуют повороты в противоположном направлении через примерно постоянное расстояние. По их словам, это, вероятно, делает поиск муравьев более эффективным, поскольку насекомые могут оставаться рядом с гнездом, не обыскивая одни и те же места. Попп говорит, что его больше всего заинтриговали экстремальные формы, которые могут принимать муравьиные следы, исходя из этих простых принципов.
«Части некоторых дорожек похожи на скрученные нити, которые можно вытянуть из одежды, а некоторые выглядят так, будто извилистый путь меандрирует сам по себе, – говорит он, – создавая кажущуюся фрактальную структуру. Это напоминает мне некоторые кривые, заполняющие пространство, которые мы знаем из математики!».
Новое исследование является первым, в котором обнаружены доказательства эффективного поиска с помощью регулярного меандрирования у свободно ищущего животного, сообщают они. Оно также добавляет еще одно сложное поведение муравьев, предполагая, что еще многое предстоит узнать.
Попп говорит, что его больше всего интересуют вопросы о правилах в голове муравья, которые позволяют возникать таким сложным моделям поиска. Он также отмечает, что муравьи в ходе эволюции решили проблему коллективного поиска таким образом, что это может найти применение для создания автономных роев поисковых роботов или беспилотников для использования в зонах бедствий или неизученных ландшафтах.
