科学家揭开火蚁水中幸存之谜:合力打造漂浮筏
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发布日期:2014-08-01 10:43:00
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据国外媒体29日报道,一群火蚁是如何在洪水中幸存下来的谜团,已经困扰生物学家好几十年。但是现在科学家已经揭开这个谜底,弄清楚火蚁是如何聚集在一起,形成一个类似小筏子的东西,以便它们能在水上“毫不费力”地漂浮好几天。
生物学家和工程师借助数学模拟和慢速摄影,揭开了火蚁是如何利用不同的身体部位自动组合成一个救生筏的,其中包括它们的爪子和下颚。他们发现,这些小生命采用类似织防水布的方法把它们的身体连接在一起。机械工程研究生、工业和系统工程学教授内森-莫洛特、美国佐治亚理工学院机械工程及生物学教授克雷格-托维和大卫-胡在《美国国家科学院院刊》上描述了火蚁是如何通过合作而非单枪匹马形成一个防水漂浮筏的。单个火蚁的外骨骼具有适度的疏水性,因此它能抖掉身上的水,不过蚂蚁通过把它们的身体连接在一起来提高它们的疏水性。
研究人员将火蚁冷冻后观察它们在水中形成的漂浮筏,它们借助爪、下颚和黏性吸附垫彼此相连在一起,它们施加的力是体重的400倍。他们表示,结果蚂蚁“分子”组成像流体的粘稠有弹性的材料。火蚁从一个球形结构展开成一个薄煎饼形状的筏子,它们采用这种方式防止被水淹没。托维说:“解开一个最初看起来似乎毫无秩序的结构,这真是太刺激了。了解个体的行为,以及它们是如何联合在一起,以便发挥群体的作用的,这些问题都是研究群居昆虫遇到的主要难题。”
托维及其科研组追踪火蚁的“移动过程”,测量救生筏的尺寸,他们发现这些蚂蚁通过一种非常刻板的行为序列移动。火蚁沿直线前进,并会通过跳跃远离筏子边缘,接着向前爬,直到最后粘贴在边缘处。托维解释,火蚁的这种合作行为,让它们组成的小筏子具备了疏水性。蚁筏为它的乘客提供了凝聚力、浮力和疏水性,然而更加不同寻常的是,它们能在100秒内成功组成这种漂浮筏。这种筏子还有自愈能力,因此,如果有一只蚂蚁离开了筏子,会有其他蚂蚁移过来,填补这个空缺。
胡说:“自动组装和自愈能力是活生物体的一大特点。蚁筏同时展示了这两种能力,向我们提供了有关蚁群的行为就像一个超级生物体的另一个实例。”该科研工作采用了物流学和运筹学研究,以及材料学,其中包括人造漂浮装置的建设。该科研组称,这项研究还会对机器人技术领域产生巨大影响。莫洛特说:“蚂蚁这群缺乏才智的小东西通过少量简单行为,最终让它们组成非常复杂的结构,完成异常艰巨的任务。对于自主机器人,这种能力正是我们所希望的——机器人为了最终结果遵循一些简单规则。”
图1. 佐治亚理工学院科研组观察火蚁被放入水中时,它们借助爪、下颚和黏性吸附垫彼此相连在一起,形成一个漂浮筏,它们施加的力是体重的400倍。研究人员表示,结果蚂蚁“分子”组成像流体的粘稠有弹性的材料
图2. 蚁筏为它的乘客提供了凝聚力、浮力和疏水性,然而更加不同寻常的是,它们能在100秒内成功组成这种漂浮筏。也许你通过这个画面就能清楚认识到蚁筏的持久性,以及它是多么不易下沉,即使用树枝使劲往下按,也无法把它弄沉
图3. 单个火蚁的外骨骼具有适度的疏水性,因此它能抖掉身上的水,不过蚂蚁通过把它们的身体连接在一起来提高它们的疏水性。令人不解的是,火蚁对任何与电有关的东西都特别感兴趣,甚至能在微波炉里生存一阵子
生物学家和工程师借助数学模拟和慢速摄影,揭开了火蚁是如何利用不同的身体部位自动组合成一个救生筏的,其中包括它们的爪子和下颚。他们发现,这些小生命采用类似织防水布的方法把它们的身体连接在一起。机械工程研究生、工业和系统工程学教授内森-莫洛特、美国佐治亚理工学院机械工程及生物学教授克雷格-托维和大卫-胡在《美国国家科学院院刊》上描述了火蚁是如何通过合作而非单枪匹马形成一个防水漂浮筏的。单个火蚁的外骨骼具有适度的疏水性,因此它能抖掉身上的水,不过蚂蚁通过把它们的身体连接在一起来提高它们的疏水性。
研究人员将火蚁冷冻后观察它们在水中形成的漂浮筏,它们借助爪、下颚和黏性吸附垫彼此相连在一起,它们施加的力是体重的400倍。他们表示,结果蚂蚁“分子”组成像流体的粘稠有弹性的材料。火蚁从一个球形结构展开成一个薄煎饼形状的筏子,它们采用这种方式防止被水淹没。托维说:“解开一个最初看起来似乎毫无秩序的结构,这真是太刺激了。了解个体的行为,以及它们是如何联合在一起,以便发挥群体的作用的,这些问题都是研究群居昆虫遇到的主要难题。”
托维及其科研组追踪火蚁的“移动过程”,测量救生筏的尺寸,他们发现这些蚂蚁通过一种非常刻板的行为序列移动。火蚁沿直线前进,并会通过跳跃远离筏子边缘,接着向前爬,直到最后粘贴在边缘处。托维解释,火蚁的这种合作行为,让它们组成的小筏子具备了疏水性。蚁筏为它的乘客提供了凝聚力、浮力和疏水性,然而更加不同寻常的是,它们能在100秒内成功组成这种漂浮筏。这种筏子还有自愈能力,因此,如果有一只蚂蚁离开了筏子,会有其他蚂蚁移过来,填补这个空缺。
胡说:“自动组装和自愈能力是活生物体的一大特点。蚁筏同时展示了这两种能力,向我们提供了有关蚁群的行为就像一个超级生物体的另一个实例。”该科研工作采用了物流学和运筹学研究,以及材料学,其中包括人造漂浮装置的建设。该科研组称,这项研究还会对机器人技术领域产生巨大影响。莫洛特说:“蚂蚁这群缺乏才智的小东西通过少量简单行为,最终让它们组成非常复杂的结构,完成异常艰巨的任务。对于自主机器人,这种能力正是我们所希望的——机器人为了最终结果遵循一些简单规则。”
图1. 佐治亚理工学院科研组观察火蚁被放入水中时,它们借助爪、下颚和黏性吸附垫彼此相连在一起,形成一个漂浮筏,它们施加的力是体重的400倍。研究人员表示,结果蚂蚁“分子”组成像流体的粘稠有弹性的材料
图2. 蚁筏为它的乘客提供了凝聚力、浮力和疏水性,然而更加不同寻常的是,它们能在100秒内成功组成这种漂浮筏。也许你通过这个画面就能清楚认识到蚁筏的持久性,以及它是多么不易下沉,即使用树枝使劲往下按,也无法把它弄沉
图3. 单个火蚁的外骨骼具有适度的疏水性,因此它能抖掉身上的水,不过蚂蚁通过把它们的身体连接在一起来提高它们的疏水性。令人不解的是,火蚁对任何与电有关的东西都特别感兴趣,甚至能在微波炉里生存一阵子
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