Нарушение симметрии убегающих муравьев

Нарушение симметрии убегающих муравьев — это явление стадного поведения, наблюдаемое, когда муравьев загоняют в клетку с двумя равноудаленными выходами, а затем опрыскивают репеллентом от насекомых . Муравьи имеют тенденцию толпиться еще в одной двери, пытаясь убежать (т. е. нарушается симметрия в их поведении при побеге ), тем самым снижая эффективность эвакуации.

Описание

Это явление возникает в экспериментах, когда рабочих муравьев заключают в круглые клетки со стеклянной крышкой таким образом, что они могут двигаться только в двух измерениях (т. е. муравьи не могут пройти друг через друга). Ячейка имеет два выхода, расположенных симметрично относительно ее центра. Эксперименты состояли из двух разных серий испытаний. В первой серии испытаний оба выхода открывались одновременно, позволяя муравьям сбежать. После 30 повторений одна дверь использовалась на 13,666% больше, чем другая. доза 50 мкл репеллента от насекомых Во второй серии испытаний конфигурация была идентичной, но за несколько секунд до открытия дверей в ячейку в ее центре через небольшое отверстие в стеклянной крышке вводилась . После 30 повторений одна дверь использовалась на 38,3% чаще, чем другая.

История

Вдохновленная более ранними компьютерными симуляциями, которые предсказывали явление нарушения симметрии, когда паникующие люди убегают из комнаты с двумя одинаковыми выходами, группа исследователей под руководством Э. Альтшулера провела два описанных выше эксперимента, которые выявили эффект нарушения симметрии в муравей-листорез Atta insular в присутствии репеллента от насекомых.

Другая группа исследователей под руководством Гэн Ли исследовала влияние плотности группы муравьев на нарушение симметрии. Они использовали импортированного красного огненного муравья , чтобы повторить эксперимент с различным количеством муравьев. Результаты показывают, что нарушение симметрии велико при низкой плотности муравьев, но уменьшается после определенного уровня плотности муравьев. Другими словами, когда плотность низкая, группа муравьев демонстрирует коллективное поведение, убегающее, тогда как при высокой плотности их поведение больше похоже на случайные частицы.

Пояснения

Распространенная идея состоит в том, что введение репеллента вызывает стадное поведение у муравьев . Когда муравьи находятся в «панике», они испытывают сильную тенденцию следовать друг за другом. В результате, если случайное колебание в системе приводит к появлению большого количества муравьев, пытающихся добраться до одной из двух дверей, это колебание может быть усилено, поскольку муравьи имеют тенденцию следовать направлению большинства особей, в результате чего эта дверь становится недоступной. переполненный.

Альтшулер и его коллеги смогли воспроизвести свои эксперименты по нарушению симметрии, ранее проводившиеся на муравьях, на людях, используя упрощенную версию теоретической модели, предложенной ранее Хелбингом и др. основано на том, что пешеходы склонны следовать общему направлению движения своих соседей (« правило Вичека »). ), и такое стадное поведение усиливается по мере увеличения так называемого «параметра паники». В случае с муравьями параметр паники должен быть низким, если репеллент не используется, и высоким, когда репеллент используется.

Более «биологически разумная» модель, основанная на отложении тревожного феромона муравьями в состоянии стресса, также воспроизводит явление нарушения симметрии с тем преимуществом, что она также предсказывает результаты эксперимента для различных концентраций муравьев в клетке. Механизм феромонов разделяет ключевые элементы предыдущих моделей: муравьи, находящиеся в стрессе, склонны «следовать за толпой».