Oktober 2, 2022

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Die Studie kam zu dem Schluss, dass Feuerameisenflöße aufgrund des Cheerios-Effekts gebildet werden

Die Studie kam zu dem Schluss, dass Feuerameisenflöße aufgrund des Cheerios-Effekts gebildet werden

Zoomen / Wissenschaftler von Georgia Tech haben herausgefunden, dass der sogenannte „Cherios-Effekt“ der Mechanismus ist, durch den Feuerameisen sich zusammendrängen, um Flöße zu bilden.

Hang Tang Koh

Feuerameisen mögen eine Geißel der Südstaaten wie Georgia und Texas sein, aber wissenschaftlich gesehen sind sie es Fantastisch bis ins Unendliche Ein Beispiel für Gruppenverhalten. Ein paar weit auseinander liegende Feuerameisen verhalten sich wie einzelne Ameisen. Aber packen Sie genug von ihnen eng zusammen, und sie funktionieren eher wie eine einzelne Einheit und weisen feste und flüssige Eigenschaften auf. Sie können Flöße bilden, um Sturzfluten zu überleben, sich in Türmen anordnen und Sie können sie sogar wie Flüssigkeiten aus einer Teekanne gießen.

„Kombiniert, was als Substanz betrachtet werden kann, ist als ‚Wirkstoff‘ bekannt“, sagte er. Hang Tang Koh, jetzt Postdoktorand an der Princeton University, der 2018 als Doktorand an der Georgia Tech mit dem Studium dieser entzückenden Kreaturen begann. (Und ja, er wurde viele Male gestochen.) Feuerameisen-Pontons. Der Erste, Veröffentlicht in Die Zeitschrift Bioinspiration and Biomimetics (B&B) untersuchte, wie sich Feuerameisenflöße in fließendem Wasser im Vergleich zu Stillwasserbedingungen verhalten.

Zweite, zur Veröffentlichung angenommen Untersuchen Sie in Fluids of Physical Review den Mechanismus, durch den Feuerameisen überhaupt zusammenkommen, um Flöße zu bilden. k.o und andere. Sie waren etwas überrascht, als sie entdeckten, dass der ursprüngliche Mechanismus so aussahCheerios-EffektEs wurde zu Ehren der letzten in Milch schwimmenden Cheerios benannt, die in der Schüssel zusammenklumpen, entweder indem sie zur Mitte oder zu den äußeren Rändern driften.

Eine Ameise hat eine gewisse Hydrophobie, dh die Fähigkeit, Wasser abzustoßen. das ist Eigentum wurde verdichtet Wenn sie miteinander verbunden sind, weben sie ihre Körper wie einen wasserdichten Stoff. Die Ameisen sammeln alle Eier, bahnen sich ihren Weg an die Oberfläche durch ihre Nisthöhlen, und wenn das Hochwasser steigt, knabbern sich die Ameisen mit ihren Unterkiefern und Krallen gegenseitig an den Körpern, bis sich ein flaches, floßartiges Gebilde bildet. Jede Ameise verhält sich wie ein einzelnes Molekül in einer Substanz, zum Beispiel Sandkörner in einem Sandhaufen. Ameisen können dies in weniger als 100 Sekunden erreichen. Darüber hinaus ist das Ameisenfloß „selbstheilend“: Es ist stark genug, dass, wenn hier und da eine Ameise verloren geht, die Gesamtstruktur auch über Monate hinweg stabil und intakt bleiben kann.

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2019 Ko und Kollegen Dies wurde gemeldet Feuerameisen können die Veränderungen der auf ihr schwimmendes Floß wirkenden Kräfte aktiv spüren. Die Ameisen kennen unterschiedliche Flüssigkeitsströmungsbedingungen und können ihr Verhalten entsprechend anpassen, um das Floß stabil zu halten. Ein Ruder, das sich durch das Flusswasser bewegt, erzeugt eine Reihe von Strudeln (bekannt als Abwurfwirbel), wodurch sich die Flöße der Ameisen drehen. Diese Wirbel können auch zusätzliche Kräfte auf das Floß ausüben, die ausreichen, um es auseinanderzubrechen. Die Änderungen sowohl der Zentrifugalkräfte als auch der auf das Floß wirkenden Scherkräfte sind sehr gering – vielleicht 2 bis 3 Prozent der normalen Gravitationskraft. Irgendwie können Ameisen diese kleinen Veränderungen jedoch mit ihrem Körper spüren.

Anfang dieses Jahres haben Forscher der University of Colorado, Boulder, Ich habe ein paar einfache Regeln aufgestellt Das scheint zu kontrollieren, wie schwimmende Feuerameisenflöße im Laufe der Zeit schrumpfen und ihre Form ausdehnen. als solche informiere uns Damals wurden Strukturen manchmal zu dichten Ameisenkreisen zusammengedrückt. In anderen Fällen breiten sich die Ameisen aus, um brückenartige Fortsätze (Pseudopoden) zu bilden, wobei sie manchmal die Fortsätze benutzen, um aus den Behältern zu entkommen.

Wie erreichten die Ameisen diese Veränderungen? Die Pontons bestehen hauptsächlich aus zwei unterschiedlichen Schichten. Die Ameisen in der unteren Schicht dienen einem strukturellen Zweck, da sie die stabile Basis des Floßes bilden. Aber die Ameisen in der oberen Schicht bewegen sich frei über den Körpern ihrer Brüder in der unteren Schicht. Manchmal bewegen sich Ameisen in einem Teufelskreis von der untersten Schicht zur obersten Schicht oder von der obersten Schicht zur untersten Schicht.

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k.o et al.Die B&B-Studie ist in gewisser Weise mit dem Fokus verwandt, mit Ausnahme der Boulder-Studie, die eher die breite kollektive Dynamik als die Interaktionen zwischen einzelnen Ameisen untersuchte. „Es gibt Tausende und Abertausende von Ameisen in freier Wildbahn, aber niemand weiß wirklich, wie ein Ameisenpaar miteinander interagieren wird und wie sich das auf die Stabilität des Floßes auswirkt“, sagte Koe zu Ars.

Bei solch großen Flößen kann Redundanz ein Problem sein. Koe wollte mehr Kontrolle über seine Experimente erlangen und auch untersuchen, wie sich die Ameisen an unterschiedliche Strömungsszenarien im Wasser anpassen. Er fand heraus, dass die Ameisen eine aktive Vereinfachungsstrategie anwenden und die Form des Floßes ändern, um den Luftwiderstand zu verringern. „Es braucht also wahrscheinlich weniger Kraft oder weniger Stoffwechselkosten, um an den Pflanzen zu haften, als wenn sie an der ursprünglichen, größeren Tortenform haften geblieben wären“, sagte Koe.