07/03/2022
Door Ad Spijkers
Nieuw onderzoek werpt meer licht op gedrag van grote aantallen insecten.
Vuurmieren (Solenopsis invicta) vormen drijvende vlotten die bestaan uit duizenden tot honderdduizenden individuele dieren. Een nieuwe studie aan de University of Colorado in Boulder legt de eenvoudige, op fysica gebaseerde regels vast die bepalen hoe deze mierenvlotten in de loop van de tijd veranderen.
Gedrag
Alleenstaande mieren zijn niet zo slim, maar samen vormen ze intelligente en veerkrachtige gemeenschappen. Vuurmieren vormen na stormen in het zuidoosten van de Verenigde Staten drijvende vlotten van kronkelende insecten om in woeste wateren te overleven. In hun onderzoek maakten de onderzoekers gebruik van wiskundige simulaties om te proberen de mechanica te achterhalen die ten grondslag ligt aan deze 'reddingsboten'. Ze ontdekten bijvoorbeeld dat hoe sneller de mieren in een vlot bewegen, hoe meer die vlotten naar buiten zullen uitzetten en vaak lange uitsteeksels vormen.
In een studie die in 2021 werd gepubliceerd, lieten de onderzoekers duizenden vuurmieren in een emmer water vallen met een plastic staaf in het midden - als een eenzaam riet in het midden van stormachtig water. Vervolgens hebben ze de diertjes daar tot acht uur gelaten om de lange termijn evolutie van deze vlotten te observeren. Uiteindelijk drukten de dieren de structuren van de vlotten samen en trokken naar binnen om dichte cirkels van mieren te vormen. Op andere punten waaierden de insecten uit als pannenkoekenbeslag in een koekenpan en bouwden ze zelfs brugachtige verlengingen.
Elk mierenvlot bestaat uit twee lagen. Op de bodem bevinden zich 'structurele' mieren die zich stevig aan elkaar vastklampen en de basis vormen. Daarboven bevindt zich een tweede laag mieren die vrij rondlopen bovenop hun medekolonisten. Over een periode van uren kunnen mieren van de bodem naar boven kruipen, terwijl vrij rondlopende mieren naar beneden zullen vallen om deel uit te maken van de structurele laag
Brug naar veiligheid
In de nieuwe studie onderzoeken de wetenschappers de achterliggende dynamiek. Ze creëerden een reeks modellen die in wezen een mierenvlot in een ingewikkeld damspel veranderden. De onderzoekers programmeerden ongeveer 2.000 ronde deeltjes, of 'agenten', om de mieren te vervangen. De agenten konden geen beslissingen voor zichzelf nemen, maar volgden een eenvoudige set regels. De nepmieren hielden er bijvoorbeeld niet van om tegen hun buren aan te stoten en ze probeerden te voorkomen dat ze in het water vielen.
De onderzoekers ontdekten dat hun gesimuleerde mierenvlotten zich heel erg gedroegen als de echte mieren. Ze konden afstemmen hoe actief de agenten in hun simulaties waren: waren de individuele mieren traag en lui, of liepen ze veel rond? Hoe meer de mieren liepen, hoe groter de kans dat ze lange uitlopers zouden vormen die uit het vlot staken - een beetje zoals mensen die naar een uitgang in een druk stadion rennen.
De mieren aan de uiteinden van deze uitsteeksels worden bijna van de rand in het water geduwd, wat leidt tot een op hol geslagen effect. De onderzoekers vermoeden dat vuurmieren deze extensies gebruiken om in hun omgeving te tasten, op zoek naar boomstammen of andere stukjes droog land.
Het onderzoekswerk aan vuurmieren in Colorado zal hopelijk helpen begrijpen hoe eenvoudige regels kunnen worden geprogrammeerd. Bijvoorbeeld door middel van algoritmen die dicteren hoe robots met anderen omgaan om een goed gerichte en intelligente zwermreactie te bereiken.
Foto: Vernerey Researcher Group, University of Colorado, Boulder