활성 물질 이론은 불개미 그룹의 행동을 설명합니다.
날짜:
2023년 1월 19일
원천:
바르셀로나대학교
요약:
개미는 사회적 곤충이며 불개미로 알려진 Solenopsis invicta 종도 예외는 아닙니다. 남미에서 온 이 침입 곤충의 사회적 상호작용은 개미의 집단 행동을 시스템의 고유한 메커니즘에 대한 반응으로 설명하는 활성 물질 이론의 맥락에서 구성됩니다.
개미는 사회적 곤충이며 불개미로 알려진 Solenopsis invicta 종도 예외는 아닙니다. 남미에서 온 이 침입 곤충의 사회적 상호작용은 개미의 집단 행동을 시스템의 고유한 메커니즘에 대한 반응으로 설명하는 활성 물질 이론의 맥락에서 구성됩니다. 이것은 바르셀로나 대학교 물리학과의 연구원 Alberto Fernández-Nieves와 Caleb Anderson, 그리고 Georgia Institute of Technology(미국)의 Guillermo Goldsztein이 Science Advances 저널에 발표한 기사의 결론 중 하나입니다. .
이 연구는 밀도가 개미가 활동 주기를 경험하고 곤충 그룹이 집단적으로 이동하는 기간을 겪는 데 필수적이라는 것을 보여줍니다. 밀도가 높은 조건에서 이러한 활동 주기는 개미 군집이 수직 기둥으로 조직되어 위쪽으로 전파되는 활동 파동을 생성할 때 놀라운 방식으로 표시됩니다.
물리학의 모델로서의 불개미
높은 번식력과 분산 능력을 지닌 벌목인 불개미는 고밀도 활성 시스템 연구를 위한 참조 모델로 사용되어 왔습니다. 다른 조건에서 개미 집단은 활동 주기로 알려진 것을 경험합니다 . 즉, 개미 무리는 많은 개미가 정지해 있는 상황에서 거의 모든 개미가 움직이는 상황으로 앞뒤로 바뀝니다.
"실험실에서 고밀도 활성 시스템을 연구하는 것은 사소한 일이 아닙니다. 물리적 관점에서 개미는 이동하기 위해 화학 에너지를 사용하는 활성 입자로 간주됩니다. 개미는 쉽게 집중되어 활성 물질 문제를 해결하는 데 사용할 수 있는 고밀도 집단을 만들 수 있습니다." 응집 물질 물리학과 및 UB 복잡계 연구소(UBICS)의 ICREA 교수인 Alberto Fernández-Nieves는 말합니다.
구체적으로 활성 물질은 자체 추진할 수 있는 입자를 기반으로 하며, 그 결과 구성 요소가 온도의 결과로 움직이는 원자 또는 콜로이드 시스템과 달리 국지적인 에너지 소비로 인해 움직입니다.
사회적 매력에서 집단 행동으로
활성 물질에서 나타나는 두 가지 큰 행동이 있습니다. 첫 번째는 입자 집합이 같은 방향(집합 모드)으로 이동하는 상태로의 전환으로, 일반적으로 새 무리 및 어군과 관련된 행동입니다. 다른 하나는 입자의 운동성이 쌍 분리 거리에 따라 감소할 때 나타납니다. 이 경우 입자가 가까워지면 움직임을 멈추게 되는데, 이는 입자 사이의 인력으로 이해할 수 있습니다. 특정 조건에서 이러한 인력은 응집체를 형성할 수 있으며 경우에 따라 정지 상태의 개미에 의해 형성된 상과 움직이는 개미에 의해 형성된 상이 분리될 수 있습니다.
연구에 따르면 밀도는 개미 집단이 이러한 행동 사이에서 변화하는 데 중요합니다. "밀도가 낮을수록 우리가 관찰하는 단계는 사회적 매력과 관련이 있습니다."라고 저자는 말합니다. "집합 운동 단계의 변화는 밀도가 충분히 높을 때만 나타납니다. 이것은 파도가 항상 밀도가 더 높은 개미 기둥의 바닥 근처에서 생성되는 이유를 설명합니다."
이 연구는 개미의 사회적 매력, 즉 그들의 상호작용이 개미-개미 분리로 인한 운동성 감소로 인해 유도된 현상으로 설명될 수 있다고 밝혔습니다. 그러나 밀도가 높으면 이러한 매력이 사라지고 개미 군집은 집합적 그룹 모드를 채택하여 위쪽으로 전파되는 활동 파동을 초래합니다.
"이러한 밀도 및 활동 파동은 모든 개미가 움직이는 활동 주기의 상태가 집합적 단계에 해당한다는 것을 반영하며, 이는 예를 들어 새 무리, 물고기 떼 또는 그룹에서 설명된 조직 단계와 유사합니다. 무리 또는 무리)"라고 전문가들은 지적합니다.
환경에서 개미의 집단 모드
자연에서 불개미의 집단 양식은 다양한 조건에서 볼 수 있습니다. 강우와 홍수가 많은 지역에서 온 이 곤충들은 이러한 활동 주기를 통해 이러한 극한 상황을 극복하도록 진화했습니다.
"이러한 현상에서 살아남기 위해 불개미는 모든 개체가 함께 모이는 뗏목을 만듭니다. 따라서 뗏목의 밀도가 높습니다. 이전 연구에 따르면 뗏목에 있을 때 개미는 비활성 기간을 거치며 뗏목은 원형이고 다른 것들은 움직임이 더 많습니다. 이 마지막 경우 뗏목의 모양은 손가락 모양의 집합적 돌출부의 형성으로 특징지어집니다."라고 저자는 지적합니다.
비활성 기간 동안 뗏목은 비에 의해 씻겨 나가는 물체의 충격에 저항하는 데 도움이 되는 탄력 있는 고체로 작동합니다. 동시에 손가락 모양의 모양이 형성되어 개미가 단단한 땅을 찾을 수 있습니다. 그것을 찾으면 육지로 이주하고, 찾지 못하면 다시 무리를 지어 찾을 때까지 때때로 이러한 주기를 계속합니다.
"따라서 우리는 손가락 형성과 관련된 움직임이 있는 기간이 실험에서 관찰하고 수직 기둥에서 개미파를 생성하는 집단 모드와 유사하다고 생각합니다."라고 저자는 결론지었습니다.
활성 물질 및 비평형 시스템
개미 응집 상태의 변화는 재료 특성에 영향을 미칩니다. 저자는 “이전 연구에서 개미 집단의 상태에 따라 기계적 성질이 급격하게 변한다는 사실을 발견했다. 인력이 지배하는 위상에서는 거동이 탄성 고체와 유사했다. 반면 활성 위상에서는 커뮤니티는 입자 수준에서 자체적으로 재구성되어 어느 정도 액체로 흐릅니다."
"활성 물질로 분석하면 개미 군집은 활동의 변화를 통해 기계적 행동을 변화시킬 수 있습니다. 재료 과학에서 이것은 일반적으로 물질의 구조를 변경함으로써 달성됩니다. 개미의 경우 이것은 멀리 떨어져서 발생할 수 있습니다. 고체에서 액체로의 전이는 시스템을 평형 상태에서 벗어나 활성 물질 입자의 활동을 상기시키는 내부 메커니즘의 결과입니다. 관련 구조적 변화가 없습니다. 밀도가 높은 개미 군집은 항상 무질서합니다. 이러한 행동은 액체에서 고체로 자발적으로 변하는 영화 터미네이터의 캐릭터를 떠올리게 합니다. 이러한 의미에서, 그리고 그 복잡성에도 불구하고 영화의 터미네이터도 활성 물질입니다."라고 연구원들은 결론지었습니다.
출처 : https://www.sciencedaily.com/