過去 XNUMX 年間にわたるシロアリ塚の生理学と形態形成に関する一連の研究を経て、ハーバード大学ジョン A. ポールソン工学応用科学大学院の研究者らは、シロアリがどのように複雑な塚を構築するかを説明するのに役立つ数学モデルを開発しました。

この研究は、 国立科学アカデミー講演論文集。

「シロアリ塚は、私たちの地球上の動物構造の最も偉大な例の一つです」と、応用数学、生物進化生物学、物理学のローラ・イングランド・ド・ヴァルピーヌ教授であり、この研究の筆頭著者であるL.マハデヴァン氏は述べた。 "それらは何のため？ それらはどのように機能するのでしょうか? どのように作られているのでしょうか？ これらは長い間多くの科学者を悩ませてきた疑問です。」

以前の研究で、マハデヴァン氏と彼のチームは、昼夜の温度変化が塚内の対流を引き起こし、コロニーを換気するだけでなく、シロアリの建築行動を引き起こすフェロモンのような合図を周囲に移動させることを示しました。

ここでチームは、シロアリが計画書やプランナーなしで個々の塚に複雑につながった床をどのように構築するかを理解するためにさらにズームインしました。 研究者らは、ガイ・セラウラ氏率いるフランスのトゥールーズ大学の実験者らとともに、CTスキャンを使用してXNUMXつの巣の内部構造をマッピングし、床とスロープの間隔と配置を定量化した。 巣の複雑さをさらに増しているのは、シロアリが床を接続するために単純なスロープを構築するだけでなく、駐車場のスロープのようならせん状のスロープを構築して複数の階を接続しているという事実です。

これらの視覚化を使用し、日ごとの気温の変化やフェロモンの流れなどの要因が建物の建設をどのように推進するかについてのこれまでの調査結果を組み込んで、OEB 大学院生のアレクサンダー・ヘイデとマハデヴァンは、マウンドのレイアウトを説明する数学的枠組みを構築しました。

ハイデとマハデヴァンは、マウンドの各構成要素、つまり空気、泥、シロアリを、空間と時間で変化する混合流体として考えました。

「数十万匹のシロアリの集合体は、環境を感知して影響を与えることができる液体と考えることができます」とハイデ氏は述べた。 「そうすると、その環境を通してフェロモンを運ぶ本物の液体、空気ができ、それが新しい行動を引き起こします。 最後に泥があり、これがシロアリによって動き回り、フェロモンの流れ方が変わります。 私たちの数学的枠組みは層間の間隔を明確に予測し、線形および螺旋状のランプが自発的に形成されることを示しました。」

「これは、無生物と生物の研究の間の通常の区別が崩れていることを示す一例です」とマハデヴァン氏は述べた。 「昆虫はフェロモン濃度に反応して微小環境、ニッチを作り出します。 この物理的環境の変化はフェロモンの流れを変化させ、それによってシロアリの行動が変化し、行動を調節し、行動によって調節される動的なアーキテクチャを通じて物理学と生物学を結び付けます。 」

この研究は、これらの塚がどのように機能し、構築されるのかという謎を部分的に解決することに加えて、他のさまざまなシステムにおける群知能、さらには組織の形態形成の側面の理解にさえ影響を与える可能性があります。

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この研究はLijie Guo氏とChristian Jost氏の共著による。 この研究は、助成番号 DGE-1144152、ANR-06-BYOS-0008、および PHY1606895 の下、米国およびフランスの国立科学財団によって部分的に支援されました。