지난 XNUMX 년 동안 흰개미 마운드 생리학 및 형태 형성에 대한 일련의 연구에 따라 하버드 존 A. 폴슨 공학 및 응용 과학 학교의 연구원들은 이제 흰개미가 복잡한 마운드를 구성하는 방법을 설명하는 데 도움이되는 수학적 모델을 개발했습니다.

연구 결과는 국립 과학 아카데미 회보.

L. Mahadevan, Lola England de Valpine 응용 수학, 유기체 및 진화 생물학, 물리학 교수이자이 연구의 주 저자 인 L. Mahadevan은“흰개미 언덕은 우리 지구상에서 동물 건축의 가장 큰 예 중 하나입니다. “그것들은 무엇입니까? 어떻게 작동합니까? 그들은 어떻게 만들어 졌습니까? 이것은 오랫동안 많은 과학자들을 당혹스럽게하는 질문입니다.”

이전 연구에서 Mahadevan과 그의 팀은 낮과 밤의 온도 변화가 마운드에서 대류 흐름을 유도하여 식민지를 환기시킬뿐만 아니라 페로몬과 같은 신호를 이동시켜 흰개미의 건물 행동을 유발한다는 것을 보여주었습니다.

여기에서 팀은 흰개미가 계획이나 플래너없이 개별 마운드에 복잡하게 연결된 바닥을 만드는 방법을 이해하기 위해 더 확대했습니다. Guy Theraulaz가 이끄는 프랑스 툴루즈 대학의 실험가들과 함께 연구원들은 CT 스캔을 사용하여 두 둥지의 내부 구조를 매핑하고 바닥과 경사로의 간격과 배열을 정량화했습니다. 둥지의 복잡성을 더하는 것은 흰개미가 바닥을 연결하기 위해 간단한 경사로를 만들뿐만 아니라 주차장의 경사로와 같은 나선형 경사로를 만들어 여러 층을 연결한다는 사실입니다.

이러한 시각화를 사용하고 일일 온도 변화 및 페로몬 흐름과 같은 요인이 건물을 구동하는 방법에 대한 이전 연구 결과를 통합하여 OEB 대학원생 Alexander Heyde와 Mahadevan은 마운드의 레이아웃을 설명하는 수학적 프레임 워크를 구성했습니다.

Heyde와 Mahadevan은 마운드의 각 구성 요소 (공기, 진흙, 흰개미)를 공간과 시간에 따라 혼합 된 유체로 생각했습니다.

Heyde는“우리는 수십만 마리의 흰개미를 환경을 감지하고 그에 따라 행동 할 수있는 유체로 생각할 수 있습니다. “그러면 그 환경을 통해 페로몬을 수송하는 실제 유체, 공기, 그리고 새로운 행동을 유도합니다. 마지막으로, 당신은 페로몬이 흐르는 방식을 바꾸는 흰개미에 의해 이동하는 진흙이 있습니다. 우리의 수학적 프레임 워크는 레이어 사이의 간격에 대한 명확한 예측을 제공했으며 선형 및 나선형 램프의 자발적인 형성을 보여주었습니다.”

"여기에 우리가 무생물 연구와 생물 연구 사이의 일반적인 구분이 무너지는 것을 볼 수있는 예가 있습니다."라고 Mahadevan이 말했습니다. “곤충은 페로몬 농도에 반응하여 미세 환경, 틈새 환경을 만듭니다. 이러한 물리적 환경의 변화는 페로몬의 흐름을 변화시켜 흰개미 행동을 변화시켜 행동에 의해 조절되고 조절되는 동적 아키텍처를 통해 물리와 생물학을 연결합니다. ”

이 고분이 어떻게 작동하고 만들어 지는지에 대한 미스터리를 부분적으로 해결하는 것 외에도,이 연구는 다양한 다른 시스템에서 떼의 지능에 영향을 미치고 조직 형태 형성의 측면을 이해하는데도 영향을 미칠 수 있습니다.

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이 연구는 Lijie Guo와 Christian Jost가 공동 저술했습니다. 그것은 부분적으로 미국과 프랑스 국립 과학 재단의 보조금 번호 DGE-1144152, ANR-06-BYOS-0008 및 PHY1606895에 의해 지원되었습니다.