Как огненные муравьи образуют плавучий плот

Красные огненные муравьи соединяют тела в плавучую конструкцию. Её образование и изменение формы изучают по движениям отдельных рабочих.

Соединение тел усиливает водоотталкивание

В исследовании две тысячи одиннадцатого года учёные записывали сборку муравьиных плотов покадровой съёмкой. Рабочие сцеплялись друг с другом, образуя поверхность, которая хуже смачивалась водой, чем отдельные участники.

Так водоотталкивание оказалось свойством не только наружного покрова насекомого, но и собранной конструкции. Авторы сравнивали соединение тел с переплетением водостойкой ткани: расположение множества элементов меняло поведение всей поверхности при контакте с водой.

Для объяснения скорости сборки исследователи построили модель, основанную на траекториях муравьёв, ходивших сверху. Важным действием было удержание рабочих у края соседями. Пришедший туда муравей мог стать частью соединённого основания вместо продолжения свободного движения.

Это уточняет смысл общего сооружения. Плот не возникает просто от присутствия большого числа насекомых рядом: важны соединения между участниками и переход из подвижного состояния в конструкцию. В то же время слово «сотрудничество» не описывает автоматически намерение каждого рабочего. Наблюдаемое удержание у края показывает конкретное взаимодействие, а не согласованный заранее план всех участников.

Размер влияет на движение и очертания

Работа две тысячи двенадцатого года проверяла описание более крупных плотов. Прежняя модель опиралась на группы от трёх до десяти тысяч рабочих; новые наблюдения включали конструкции до двадцати трёх тысяч.

По мере увеличения размера движения сверху становились ближе к диффузии — распространению участников через множество перемещений с меняющимися направлениями. Это отличалось от прежнего приближения, где движение описывали случайно направленными прямыми отрезками.

Для измерения траекторий использовали также светлые пенопластовые диски: на них отдельного муравья легче различить, чем среди других насекомых. На больших дисках прямые участки пути чередовались с поворотами. Полученную длину участков включили в изменённую модель.

Новое описание точнее воспроизводило рост крупных плотов. Кроме того, круглую форму перестали задавать только как исходное условие: её появление объясняли случайной направленностью перемещений.

Очертания сверху сравнивали с эллипсами. При увеличении числа участников они приближались к кругу. Это результат для исследованных конструкций. Округлое общее очертание не означало, что каждый рабочий двигался по окружности. Путь отдельного рабочего и граница плота описывают разные явления.

Основание и верхний слой обмениваются участниками

В исследовании две тысячи двадцать первого года плоты формировались около вертикальных неподвижных стержней в воде. Конструкция включала связанную плавучую сеть и слой свободно ходивших сверху муравьёв.

Учёные наблюдали постоянное сокращение основания: часть связанных рабочих переходила в свободный слой. Одновременно муравьи сверху присоединялись к краям, расширяя сеть наружу. Эти противоположные процессы обеспечивали продолжительное изменение формы.

При неравномерном присоединении по периметру возникали длинные выступы. Для объяснения их образования авторы использовали наблюдения и модель самостоятельно движущихся частиц в ограниченном пространстве. Они предположили, что случайные различия скорости присоединения связаны с накоплением у границ и направленным движением внутри узкого выступа.

Значит, плавучая конструкция может сохранять связность, хотя её участники меняют состояние и положение. Но непрерывный обмен не превращает каждый выступ в гарантированный путь к берегу. Работа исследовала плоты около стержней, а объяснение возникновения неравномерности включало модельную интерпретацию. Общая перестройка здесь складывается из сокращения сети, выхода рабочих наверх и их присоединения по краям, а не из неподвижности всех муравьёв в одном положении.

Что показывает иллюстрация

На иллюстрации отдельный муравей стоит на сухом грунте. У него красно-бурые голова и грудь, более тёмное брюшко и узкая перетяжка из двух звеньев. Такой портрет показывает участника конструкции; саму сборку плота наблюдают по последовательности кадров.