Hangyák: káoszról rendre

Az önerősítő hatás optimalizálja a takarmányozási útvonalakat

Hangya a levéltetvek "fejésén" © CC-by-sa 2.5
felolvasta

Kollektív takarmányozás: Míg egyetlen hangya még mindig véletlenszerűen vándorol, addig a teljes raj láthatóan elrendezett módon mozog. Egy kínai-német kutatócsoport elemezte az állatok viselkedésének átalakulását a káoszból a rendbe egy matematikai modell segítségével. A meglepően hatékony önszervezés segíthet az emberi mozgási minták elemzésében és optimalizálásában is, írják a kutatók a „Proceedings gyakran a Nemzeti Tudományos Akadémia” című folyóiratban.

"Mivel a hangyáknak fészek van, stratégiára van szükségük, hogy hazavihessenek" - mondta Lixiang Li, a pekingi egyetem vezető szerzője. A Potsdami Klímahatás-kutatási Intézet (PIK) kollégáival együtt részletesebben megvizsgáltuk, hogy a hangyák hogyan valósítják meg ezt a stratégiát idő- és energiatakarékos módon. A kutatók szinte mindent összegyűjtöttek az egyenletekbe és algoritmusokba táplálkozó hangyákról, és behelyezték számítógépükbe. A kapott számítógépes modell megmutatja, hogy a hangyák hogyan optimalizálják táplálékot.

Illat nyomkövetés az ételhez

A kutatók szerint a hangyák takarmányozásának három fázisa van: Az elején a cserkész hangyák látszólag kaotikusan járnak körül. Amikor kimerültek, visszatérnek a fészekbe enni és pihenni. De ha az egyik hangya a kolónia közelében talál élelmet, akkor egy apró részét behozza a fészekbe, így hazafelé feromonoknak nevezett parfümös nyomot hagy el. Ez az illatút más hangyák követi, hogy egyre több takarmányt tápláljanak és szállítsanak a barlangba. Ezek a hangyák nyomokban is feromonokat hagynak - de nem mindegyikük jár pontosan azonos módon.

Kezdetben csak viszonylag kevés feromon mutatta az utat, így a hangyák továbbra is zavarban vannak. Idővel azonban a hangyák száma és így a megjelölt pályák erőssége tovább növekszik. A feromonok azonban nagyon illékonyak, tehát a legrövidebb távolságokon a illat a legerősebb. Ezeket a hangyák részesítik előnyben és jelölik tovább. Ezen önerősítő hatás révén a hangyák idővel az egyik ismert hangyaút felé haladnak. Az optimalizált útvonal a hangyák számára lényegesen kevesebb időt és energiát igényel, mint ha kaotikusan folytatnák a működést.

Ezenkívül a tudósok megállapították, hogy az egyes hangyák tapasztalatai nagy szerepet játszanak. Az idősebb hangyák jobban ismerik fészek környezetét, és sikeresebben tudják felfedezni az ételeket. Ezzel szemben a fiatalabb hangyák először megismerik a területet, mielőtt ténylegesen hozzájárulnának az élelmiszerkereséshez. kijelző

Nagyon hatékony komplex hálózat

A kutatócsoportot azonban nemcsak ökológiai okokból keresnek táplálékot a raj rovarok számára: "Egyetlen hangya természetesen nem okos, de a kollektív viselkedésben kísértésnek hívom, hogy intelligensnek" - mondja a társszerző J rgen Kurths a PIK-ből, és folytatja: "Összességében a hangyák rendkívül hatékony komplex hálózatot alkotnak. Ezt a természet és a társadalom más részein gyakran találjuk meg. "Tehát a tudósok által kidolgozott matematikai modell nemcsak a hangyákra vonatkozik.

Az alapminták más fajokban is előfordulnak. "Az önszerveződés alapelve a halak rajta múlik, de a hangyák annyira érdekesek erős otthonuk miatt" - mondja Kurths. Más állatok, amelyek újra és újra visszatérnek ugyanabba a helyre, például madarak, mint az albatrosz.

De az emberek nagyon kifejezett, valóságos viselkedést mutatnak. A kifejlesztett algoritmusok ezért új perspektívát is lehetővé tesznek az emberi mozgási mintákban. Ez a logisztikai szállítási rendszerektől az Internet szolgáltatások közötti szörfözésig terjed.

(PNAS, 2014; doi: 10.1073 / pnas.1407083111)

(Potsdami Klímahatási Kutató Intézet, 2014.05.27. - AKR)