Forskere identificerede enkle adfærdsregler, der gør det muligt for disse små skabninger at samarbejde bygge detaljerede strukturer - flåder og tårne - uden at have nogen ansvarlig.
Hvordan ved de hver især, hvad de skal gøre? Billede via Tim Nowack.
Af Craig Tovey, Georgia Institute of Technology
Slip en klump på 5.000 brandmyrer i en vanddamme. På få minutter vil klumpen flade ud og sprede sig i en cirkulær pandekage, der kan flyde i uger uden at drukne myrer.
Slip den samme klump myrer nær en plante på fast grund.
De klatrer ovenpå hinanden for at danne en solid masse omkring plantestammen i form af Eiffeltårnet - nogle gange så højt som 30 myrer høje. Myretårnet fungerer som et midlertidigt hus, der frastøtter regndråber.
Hundretusinder af myrer skaber et tårn sammen - men hvordan? Billede via Candler Hobbs, Georgia Tech.
Hvordan og hvorfor fremstiller myrerne disse symmetriske, men meget forskellige former? De er afhængige af berøring og lugt - ikke synet - for at opfatte verden, så de kun kan fornemme, hvad der er meget tæt på dem. I modsætning til hvad man tror, udsender dronningen ikke ordrer til kolonien; hun bruger sit liv på at lægge æg. Hver myr styrer sig selv, baseret på information indsamlet fra dens umiddelbare nærhed.
Som både systemingeniør og biolog er jeg fascineret af myrkoloniens effektivitet i forskellige opgaver, såsom fodring efter mad, flydende på vand, bekæmpelse af andre myrer og bygning af tårne og underjordiske reden - alt sammen udført af tusinder af purblind væsener, hvis hjerne har mindre end en ti-tusindedel så mange neuroner som et menneskes.
I tidligere forskning undersøgte min kollega David Hu og jeg, hvordan disse bittesmå væsener væver deres kroppe i vandafvisende redningsflåde, der flyder i uger i oversvømmelsesfarvande.
Nu ville vi forstå, hvordan de samme myrer koordineres til at samles til en helt anden struktur på land - et tårn lavet af så mange som hundreder af tusinder af levende ildmyrer.
Hvor støttende er brandmyrer?
Halvdelen af myrer her i Georgien er brandmyrer, Solenopsis invicta. For at samle vores laboratorieemner hælder vi langsomt vand i et underjordisk reden og tvinger myrer til overfladen. Så fanger vi dem, fører dem til laboratoriet og opbevarer dem i skraldespande. Efter nogle smertefulde bid, lærte vi at linke skraldespande med babypulver for at forhindre deres flugt.
Brandmyrer, der danner et tårn omkring en smal pol. Billede via Georgia Tech.
For at udløse deres tårnbygning, satte vi en gruppe myrer i en petriskål og simulerede en plantestamme med en lille lodret stang i midten. Den første ting, vi bemærkede ved deres tårn, var, at det altid var smalt øverst og bredt i bunden, ligesom en trompetklokke. En bunke med døde myrer er konisk. Hvorfor klokkeformen?
Vores første gæt, at flere myrer var nødvendige mod bunden for at understøtte mere vægt, viste sig at være nøjagtige. For at være præcis antog vi, at hver myr er villig til at understøtte vægten af et bestemt antal andre myrer, men ikke mere.
Fra denne hypotese afledte vi en matematisk formel, der forudsagde bredden af tårnet som en funktion af højden. Efter at have målt tårne lavet af forskellige antal myrer, bekræftede vi vores model: myrer var villige til at understøtte vægten af tre af deres brødre - men ikke mere. Så antallet af myrer, der var nødvendigt i et lag, måtte være det samme som i det næste lag op (for at understøtte vægten af alle myrer over det næste lag), plus en tredjedel af antallet i det næste lag (for at understøtte det næste lag lag).
Senere fandt vi ud af, at arkitekten Gustave Eiffel brugte det samme princip om lige bærende for sit berømte tårn.
Ring rundt på stangen
Dernæst spurgte vi hvordan brandmyrer bygger tårnet. Selvfølgelig gør de ikke matematikken, der ville fortælle dem, hvor mange myrer der skal hen, hvor de skal skabe denne karakteristiske form. Og hvorfor tager det 10 til 20 minutter i stedet for kun et eller to minutter, der er nødvendigt for at bygge en flåde? Dette tog os syv prøvehypoteser over to frustrerende år at besvare.
Se myrerne bygge et tårn i realtid.
Selvom vi tænker på et tårn som lavet af vandrette lag, bygger myrerne ikke tårnet ved at færdiggøre det nederste lag og tilføje et komplet lag ad gangen. De kan ikke ”vide” på forhånd, hvor bredt bundlaget skal være. Der er ikke nogen måde for dem at tælle, hvor mange myrer der er, meget mindre til at måle et lags bredde eller beregne den nødvendige bredde.
I stedet bliver myrer der ryster rundt på overfladen fastgjort og derved tyket tårnet i alle lag. Det øverste lag dannes altid oven på det, der netop tidligere havde været det øverste lag. Da den er den smaleste, består den af en ring af myrer omkring stangen, der hver griber sine to vandret tilstødende myrer.
Vores vigtigste observation var, at hvis en ring ikke helt omgiver polen, understøtter den ikke andre myrer, der prøver at bygge en anden ring oven på dem. Efter at have målt maurgreb og vedhæftningsstyrker, analyserede vi ringens fysik og bestemte, at en komplet ring er 20 til 100 gange mere stabil end en ufuldstændig. Det så ud som ringdannelse kan være flaskehalsen for tårnvækst.
Denne hypotese gav os en testbar forudsigelse. En pol med større diameter har flere ringsteder, der skal udfyldes, så dens tårn bør vokse langsommere. For at få en kvantitativ forudsigelse modellerede vi matematiske myrbevægelser som værende i tilfældige retninger i en afstand på cirka en centimeter - det samme som i vores model for antbevægelse til dannelse af antiflad.
Derefter filmet vi nærbilleder af myrer, der flyttede til steder på ringen. Baseret på over 100 datapunkter fik vi en stærk bekræftelse af vores model til ringudfyldning. Da vi gennemførte tårnbygningseksperimenter med en række poldiametre, sikker nok, voksede tårnene langsommere omkring poler med større diameter, med hastigheder, der matchede vores forudsigelser temmelig godt.
Synker i langsom bevægelse
Der var en stor overraskelse at komme. Vi troede, at når tårnet var komplet, var det alt, hvad der var. Men i en af vores eksperimentelle forsøg lod vi ved et uheld videokameraet køre en ekstra time efter, at tårnet var blevet bygget.
Den daværende ph.d.-studerende Nathan Mlot var for god videnskabsmand til bare at kassere observationsdata. Men han ønskede ikke at spilde en time på at se, at der ikke skete noget. Så han så videoen med 10 gange normal hastighed - og hvad han så var forbløffende.
Time-lapse-video af et myretårn.
Ved 10x hastighed bevæger overflademyrerne sig så hurtigt, at de er en slør, hvorigennem tårnet nedenunder er synligt, og tårnet synker langsomt. Det sker alt for langsomt til at skelne med normal hastighed.
Vi observerede det nederste tårnlag nedenfra gennem den gennemsigtige petriskål. Maurerne danner tunneler og forlader gradvist tårnet. De skurrer derefter omkring tårnoverfladen, indtil de til sidst slutter sig til en ny topring.
Vi kunne ikke se myrer dybt inde i tårnet. Synker hele tårnet eller bare dets overflade? Vi mistænkte førstnævnte, da myrer i klumper og flåder griber sammen som en masse.
Vi rekrutterede Daria Monaenkova, der netop havde opfundet en ny 3D-røntgenteknik. Vi doterede nogle af myrerne med radioaktivt jod og sporet dem. Hver sporet myre i tårnet sank.
Røntgenfotografering afslører, at myrer (sorte prikker) går op på tårnets sider for kun at synke, når de når søjlen.
Den mest bemærkelsesværdige implikation af denne forskning er måske, at myrerne ikke behøver at "vide", om de alle opfører sig på samme måde. Tilsyneladende følger de de samme enkle bevægelsesregler: Hvis myrer bevæger sig over dig, skal du forblive på plads. Hvis ikke, skal du bevæge dig tilfældigt og stoppe kun, hvis du når et ubesat rum ved siden af mindst en stationær myr.
Når tårnet er bygget, cirkulerer myrer gennem det, mens det bevarer sin form. Vi blev overrasket; vi troede, at myrerne ville stoppe med at bygge deres tårn, når dens højde var maksimal. Tidligere, da vi studerede maurflåden, blev vi overraskede på den modsatte måde. Vi troede, at myrer ville cirkulere gennem flåden for at tage sving under vand på bunden. I stedet kan myrer i bunden forblive på plads i uger.
Craig Tovey, professor i industri- og systemteknik og meddirektør for Center for Biologisk Inspireret Design, Georgia Institute of Technology
Denne artikel blev oprindeligt offentliggjort på The Conversation. Læs den originale artikel.