Один муравей может разбудить всю колонию: математическое объяснение синхронности
Тихая муравьиная колония внезапно приходит в движение: рабочие особи одновременно срываются с мест, мечутся по гнезду и так же синхронно замирают. Эти волны активности, впервые задокументированные более 30 лет назад, наконец получили математическое объяснение. Исследователи из Нью-Йоркского университета и Нью-Джерсийского технологического института представили модель, которая описывает этот феномен. Об этом пишет сайт Phys.org.
Работа опубликована в журнале PRX Life. Согласно модели, синхронные всплески возникают из-за баланса между способностью одного активного муравья быстро возбуждать сородичей и способностью колонии полностью успокоиться перед следующей волной. Используя компьютерное моделирование на основе наблюдений за насекомыми, ученые обнаружили фазовый переход — резкий сдвиг от нескоординированных движений к коллективной активности.
В модели каждый муравей находится в одном из трех состояний: активном, неактивном или рефрактерном, когда он временно не может возбудиться вновь. Активные особи перемещаются по виртуальному гнезду и взаимодействуют с другими, иногда запуская их. Ключевую роль играет одиночная особь — «первый двигатель». Один муравей, активировавшись, стимулирует других, и каскад охватывает колонию, напоминая падающие костяшки домино.
«Наши результаты показывают, что всплески активности — это результат первого двигателя, возбуждающего колонию в синхронном режиме», — пишут авторы. Скорость также важна. По словам старшего соавтора Маурицио Порфири, муравьи действуют в «режиме высокоскоростного взаимодействия»: информация распространяется по гнезду быстрее, чем длится сам всплеск. «Временной масштаб движения особей быстрее масштаба всплеска, поэтому новые поведения передаются почти мгновенно», — объясняет ученый.
Исследователи видят аналогии в других системах. Саймон Гарнье, профессор биологических наук из Нью-Джерсийского технологического института, напоминает об овцах
