الشبكة الاجتماعية للنمل

تعتمد مستعمرة النمل على تعاون آلاف النمل مع بعضها البعض بطريقة غير عادية ودقيقة. كيف يفعلون ذلك؟ تكشف الدراسات الحديثة عن نتائج مذهلة

جاليا ارييل جاليليو

إن النمل، الذي سكن الأرض منذ 100 مليون سنة، هو أحد الأمثلة الرائعة للتعاون البيولوجي من ذلك النوع الذي قصده داروين عندما قال: "الأفراد الذين تعلموا الارتجال والتعاون تمكنوا من البقاء على قيد الحياة".

عندما تتعاون الإناث
وتشارك الآلاف من إناث النمل في نشاط منسق ومشترك، بهدف تلبية كافة الاحتياجات المطلوبة للحياة الطبيعية للمستعمرة بأكملها (ذكر النمل ليس شريكا في الجهد. دورهم كله هو التزاوج مع النمل). الملكة، وبعد أن يقوموا بهذه المهمة يموتون).

يخرج بعض النمل لإحضار الطعام، بينما يبقى البعض الآخر لرعاية النسل وبناء العش وإجراء أعمال الصيانة وحماية المستعمرة، بل وهناك نمل وظيفته دفن الموتى.

الحقيقة التي تستحق الذكر بشكل خاص هي أن هذا النشاط المشترك يتم بدون قائد - في المستعمرة لا يوجد "رئيس" أو "هيئة حاكمة" تنظم المهام العديدة (الملكة، على الرغم من اسمها، لا تفعل ذلك، على الرغم من أنها لا تفعل ذلك). وهي تدير حياة المستعمرة من حيث التكاثر والتزاوج).

وبدون الآليات الحكومية، يمكن أن تخرج معظم المجتمعات عن التوازن وتنقرض. فكيف يتمكن النمل من التعاون، وتقسيم العمل بهذه الطريقة الناجحة و"المراعية"؟ في مختبره الجديد في قسم فيزياء الأنظمة المعقدة في معهد وايزمان للعلوم، يأمل الدكتور عوفر فاينرمان، مع أعضاء مجموعته البحثية، في الكشف عن بعض أسرار النمل من خلال جهد مشترك ومنسق، قائم على على أساليب البحث عن العملاء في مجالات مثل نظرية المعلومات والإحصاء والفيزياء النظرية وعلوم الكمبيوتر وبيولوجيا الأنظمة وعلم الأعصاب وبالطبع علم الأحياء.

"يعتمد علم الأحياء على أنظمة معقدة، تتكون من مكونات فردية - بروتينات أو خلايا أو كائنات حية. يتم تنظيم المخلوقات نفسها في شبكات تنسق نشاطها. ولكن في حين أن علم الأحياء قادر على تحديد وتوصيف المكونات الفردية، فإن العلاقات المتبادلة بينها معقدة للغاية، وتحليل هذه البيانات بالطرق البيولوجية أمر مستحيل. ومن خلال "استعارة" أدوات من مجال الفيزياء والرياضيات، يمكن إدخال قياسات كمية إلى الصورة، ومن خلالها يتم تحديد القوانين التي تحكم السلوك الجماعي المعقد الذي تتميز به الشبكة البيولوجية"، كما يقول الدكتور فاينرمان.

التحدث مع النمل

"يتحدث" النمل مع بعضهم البعض بشكل رئيسي بلغة المواد الكيميائية. لذلك، على سبيل المثال، عندما تجد نملة مصدرًا غنيًا للغذاء، فإنها تترك وراءها أثرًا من الفيرومونات، التي تحدد الطريق للنمل الآخر. يريد فينرمان أن يفهم بشكل أعمق الشبكات الاجتماعية التي يتم إنشاؤها بين النمل أثناء نقل هذا النوع من المعلومات.

في جهاز يذكرنا بمنزل الأخ الأكبر، وضع فاينرمان النمل (أجريت التجارب على عدة أنواع من النمل، بشكل رئيسي: نملة سوداء يبلغ طولها حوالي 1.5 سم، وجريش بولهات يبلغ طولها حوالي 1.5 سم، والنملة المجنونة) يبلغ طوله حوالي 50 مم، وحجم العش يتراوح بين 1,000 إلى XNUMX فرد). ويرتبط الهيكل الاصطناعي الذي يشبه العش بكاميرات تسمح للعلماء بالتنصت على "المحادثات" بين النمل.

علاوة على ذلك، من خلال وضع رمز شريطي شخصي لكل نملة، يتمكن العلماء من تتبع وتسجيل أنشطة كل نملة. هذه هي الطريقة التي يأملون بها للإجابة على أسئلة مثل: من يتحدث إلى من؟ هل هناك فئات اجتماعية مختلفة، أم أن جميع النمل يتفاعلون مع بعضهم البعض دون تفضيل؟ هل يتم نقل الرسائل عند بقاء النمل في مكانه - شبيهة بلعبة "الهاتف المكسور"، أم هي "خدمة البريد السريع"، حيث ينقل النمل الرسائل عبر مسافات طويلة؟

وفقًا لفينرمان، "يستخدم النمل استراتيجيات تواصل متنوعة، تتراوح من طرف إلى آخر، اعتمادًا على البيئة والسياق. أحد الأمثلة على ذلك هو طريقة "كيس الدقيق"، حيث تركب نملة على ظهر نملة أخرى. هذه الطريقة بطيئة، لكنها موثوقة ومباشرة، ويمكن أن تخدمهم في مواقف مختلفة، مثل التأكد من وصول نملة معينة إلى مصدر الغذاء بالضبط، دون التعرض لخطر ضياع طريقها. تتطلب المواقف الأخرى أساليب اتصال أقل تركيزًا ولكنها أسرع. على سبيل المثال، إذا تعرضت المستعمرة للهجوم، يطلق النمل الفيرومونات المنتشرة في الهواء. وهذا بمثابة نظام إنذار يحذر المستعمرات المجاورة بسرعة."

الهدف من الدراسة ليس فقط الكشف عن المبادئ المعقدة لتشغيل مستعمرة النمل. وعلى المدى الطويل، يأمل العلماء في استخدام مبادئ هذا النظام التعاوني الرائع لتطوير نظرية لمعالجة المعلومات الجماعية. والهدف الآخر هو تطوير أدوات من شأنها أن تساعد في الإجابة على الأسئلة الأساسية حول نشاط الأنظمة البيولوجية المعقدة الأخرى، مثل، على سبيل المثال، كيفية عمل خلايا الجهاز المناعي معًا لمحاربة العدوى. قد يكون لهذه النظرية أيضًا استخدامات في تصميم الأنظمة الموزعة، مثل هوائيات الاتصالات الخلوية، وشبكات أجهزة الاستشعار اللاسلكية، وحتى مجموعات من الروبوتات التي تلعب أدوار الإنقاذ والإنقاذ.

هل سيساعد النظام التعاوني للنمل في معالجة المعلومات الجماعية؟ الرسم التوضيحي: الصورة

ملكة الصف

على رأس كل مستعمرة نمل توجد الملكة، لكنها لا تسيطر أو تمارس أي نوع من السيطرة على النمل العامل. وظيفتها الرئيسية هي وضع البيض. بدون مسطرة كيف يقسم النمل العمل بينهم؟ هل هي منظمة هرمية حيث يكون لكل نملة دور محدد، أم أنهم جميعا متساوون؟ في دراسات سابقة، بحث فاينرمان فيما إذا كانت خصائص معينة، مثل الخبرة السابقة والعمر ووزن الجسم والموقع في الفضاء، تحدد تقسيم الأدوار في العش. ولاختبار ذلك، قام بفحص كيفية استجابة النمل للمتطلبات المتزايدة لمهمة معينة.

تم وضع النمل في عش اصطناعي، وقام العلماء بإجراء تغييرات على المهام عن طريق إيقاف الإمدادات الغذائية، أو إضافة يرقات جديدة بشكل غير متوقع - لاختبار أي النمل يحشد للتعامل مع الوضع الجديد. وتبين أن أنحف النمل هو الذي يهرب للبحث عن الطعام، وأيضاً الذي يحشد لنقل النسل الجديد الذي "تم غرسه" في العش إلى المنطقة التي تتم فيها رعاية اليرقات، لكنها لا تأخذ جزء في رعاية اليرقات الجديدة بعد ذلك. في الواقع، يتم إسناد مهمة رعاية النسل بشكل عشوائي إلى النمل الذي تم جلبه إلى البيئة، بغض النظر عن عمر النملة أو خبرتها أو وزن جسمها.

"إن ترك النمل النحيل بحثًا عن الطعام قد يكون استراتيجية جيدة لبقاء المستعمرة على قيد الحياة، لأن فقدان هذا النمل سيكون أقل تكلفة بالنسبة للمستعمرة ككل. يجذب هذا النمل عددًا أقل من الحيوانات المفترسة، وبفضل سهولة حركته، فهو أكثر كفاءة في تنفيذ المهمة. حقيقة أن مهمة رعاية النسل لا تعتمد على خصائص النملة تعني أن المرونة في تقسيم الأدوار، والتعاون العام، هي صفات أكثر أهمية لبقاء المستعمرة من، على سبيل المثال، الخبرة أو "خبرة في أداء مهمة معينة، لأن مرونة الأدوار تمكن من الاستجابة السريعة للظروف المتغيرة،" يقول الدكتور فاينرمان.