Kun ajattelemme muurahaisia rakentajina, yleensä kuvittelemme heidän kaivaavan monimutkaisia tunneliverkkoja osana maanalaisia siirtomaita.
Mutta David Hu, Nathan Mlot ja ryhmä muita Georgia Techin tutkijoita tutkivat hyvin erilaista rakennuskäyttäytymistä, joka on ominaista yhdelle muurahaislajille: Solenopsis invicta kyky rakentaa siltoja, lauttoja ja jopa väliaikaisia suojia käyttämällä omaa ruumistaan rakennuksena. materiaalia.
"Palo-muurahaiset kykenevät rakentamaan niin kutsuttua" itseyhdistelmiä "", Hu sanoo. "He voivat rakentaa pieniä veneitä, pieniä taloja, joita kutsutaan bivouaciksi, ja jopa siltoja ylittää purojen muodostamalla rakennusmateriaalin, yhdistämällä ruumiinsa toisiinsa ja muodostaen vahvat verkostot."
Muurahaisia pidetään nyt invasiivisina lajeina 25 osavaltiossa, Aasiassa ja Australiassa, mutta niiden epätavallinen käyttäytyminen on luonnollisen ympäristön muokkaama selviytymisstrategia: Länsi-Brasilian erityinen kosteikkoalue, joka tulvii usein. "Muurahaiset elävät maan alla, mutta kun se alkaa tulvaa, heidän on koottava siirtokunnan jäsenet, vedettävä ne maasta ja rakennettava kelluva lautta", Hu sanoo.
Palon muurahaiset muodostavat elävän sillan kupin ja teekannun välillä. Kuva: David Hu ja Nathon Mlot / Georgia Tech
Kun tämä lautta osuu maahan, muurahaiset jatkavat rakentamista. Pienten purojen ylittämiseksi myöhemmän muuttoliikkeen aikana he tekevät eläviä siltoja, joiden avulla koko siirtomaa voi mennä turvallisuuteen. Myöhemmin he rakentavat vartaloineen väliaikaisen maanpäällisen leirintäalueen suojaan muutaman päivän ajan, joka tarvitaan maanalaisten tunnelien kaivamiseen. Sillä välin väliaikaisen turvakodin muodostavat muurahaiset liikkuvat jatkuvasti, mutta säilyttävät kuitenkin rakenteen. "Se on todella elävää arkkitehtuuria - siinä on hyvin rakennetut, organisoidut tunnelit ja haavoittuvat huoneet", Hu sanoo. Ainakin sisäpuolella oleville muurahaisille tämä tarjoaa suojan vihamieliseltä säältä tai saalistajilta.
Insinööri Hu on kiinnostunut ensisijaisesti parvien muurahaisten tutkimisesta uutena materiaalina, jolla on ennennäkemättömät ominaisuudet. Osana ryhmänsä äskettäistä tutkimusta, joka esiteltiin eilen American Physical Society -yhdistyksen vuosikokouksessa, hän ja kollegansa tarkastelivat muurahaisia muiden "aktiivisten aineiden" yhteydessä - aineita, jotka voivat reagoida muuttuviin olosuhteisiin, kuten itseparantavia sementtejä. jotka voivat käyttää energiaa auringonvalossa laajentaakseen ja täyttääkseen omat murtumansa.
"Halusimme kuvata, millaista materiaalia se on - onko se nestettä vai kiinteää ainetta, ja miten se reagoi stressiin?", Hän sanoo. "Esimerkiksi luonnossa nämä lautat voivat kellua joen yli ja kolata kiviä tai sadepisarat voivat osua heihin."
Testaamaan näitä itse aggregaatioita Hu: n joukkue käytti muutamia tekniikoita vertaamalla eläviä muurahaisrakenteita torjuviin kuolleisiin muurahaisiin kontrollina. Käyttämällä reometria - laitetta, joka pystyy mittaamaan tarkasti nesteen stressivasteen ja virtauksen ja jota käytetään usein teollisuustilanteissa (kuten uuden shampoon kehittäminen) - he huomasivat, että muurahaiset järjestävät jatkuvasti rakenteensa säilyttääkseen vakauden.
Monet materiaalit käyttäytyvät kuin kiinteät, kun rasitukset kohdistuvat tietyllä nopeudella liikkuvilla voimilla, ja neste, kun ne hidastavat. Esimerkiksi vesi käyttäytyy kuin neste, kun kiinni kädessäsi, mutta kiinteä, kun osuu ihmisen vartaloon hyppäämällä sukelluslaudat - syy siihen, että vatsa floppii satuttaa niin paljon.
Mutta muurahaisten rakenteet ovat yhdistelmä kiinteitä ja nestemäisiä voimien rasittaessa kaikilla nopeuksilla, tutkijat havaitsivat. Ne deformoivat aktiivisesti rakenteensa mukautuakseen stressiin (kuten neste), mutta pomppivat sitten takaisin paikalleen myöhemmin (kuten kiinteä aine). Katso, mitä tapahtuu, kun yksi niiden rakenteista puristetaan esimerkiksi Petri-maljoilla:
Videon kohteliaisuudesta David Hu ja Nathon Mlot / Georgia Tech
"Tämä on järkevää heidän luonnollisen ympäristönsä perusteella", Hu sanoo. ”Jos he kelluvat lautalla jokea pitkin, heillä ei ole hallintaa siihen, missä se kelluu, joten jos tiellä on jotain tiellä - sanovatko oksa -, näet reagoivan ja virtaavan oksen ympärillä, sellainen kuin ampee. ”
Muurahaisten pelkkä joustavuus ja kelluvuus ovat myös merkittäviä. Kun tutkijat yrittivät työntää kelluvia lautat vedenpinnan alapuolelle, he huomasivat pystyvänsä vastustamaan huomattavaa määrää voimaa ja kellumaan takaisin ylös:
Videon kohteliaisuudesta David Hu ja Nathon Mlot / Georgia Tech
Tämän mahdollistavat osittain muurahaisten eksoskeletonit, jotka ovat luonnostaan hydrofobisia (ts. Ne hylkivät kemiallisesti veden). Kun monet muurahaiset murtautuvat yhteen rakenteen muodostamiseksi, vesi ei tunkeudu tuolloin oleviin aukkoihin, joten kun ne pakotetaan vedenalaiseksi, näihin onteloihin jäävä ilma auttaa heitä kellumaan.
Ehkä suurin mysteeri näiden muurahaisten huomattavista elävistä rakenteista on se, miten olennot kommunikoivat rakentaakseen niitä. Suurin osa muurahaisviestinnästä perustuu maan päälle jätettyihin feromoneihin, mutta sellaisessa toisiinsa kytketyssä muodossa tällainen viestintä vaikuttaa epätodennäköiseltä. Mikroskooppitutkimus paljastaa, että muurahaiset tarttuvat toisiinsa käyttämällä sekä leukaansa että pieniä kynsiä jalkojensa päähän. Huomaa tämän, Hu lisää: "Luulemme, että he kommunikoivat kosketuksen kautta, mutta emme todellakaan ymmärrä sitä vielä."
Muurahainen tarttuu viereisen muurahaisen jalkaan leuassaan. Kuva: David Hu ja Nathon Mlot / Georgia Tech
