Муравьи соблюдают принцип Ферма

Малый огненный муравей (он же Electric ant, он же Wasmannia auropunctata) — один из самых распространённых видов, некогда живший только в Центральной и Южной Америке, а сейчас находящийся в фазе быстрой экспансии по всему миру. Несмотря на свои размеры (1,5 мм в длину), он оправдывает название «электромуравей»: его укус непропорционален габаритам насекомого и по болезненности близок к ощущению после атаки пчелы. Вид чрезвычайно интересен: помимо систематических нападений на галапагосских черепах и порчи зрения домашних животных, он характерен сочетанием полового и бесполого размножения, нетипичного для других муравьёв (самки — итог партеногенеза, рабочие — итог обычного полового размножения, а у самцов вообще свой, едва ли не уникальный метод продолжения рода).

Кусающий человека малый огненный муравей-«израильтянин». Внизу: группа тех же насекомых, верных заветам Ферма. (Здесь и ниже иллюстрации Wikimedia Commons / J. Oettler et al.)

Но на сей раз W. auropunctata заинтересовал заинтересовал учёных в ином смысле. Исследователи под руководством Яна Оттлера (Jan Oettler) из Регенсбургского университета (Германия) решили выяснить, выберут ли эти насекомые такой путь, который не будет кратчайшим по расстоянию, но станет кратчайшим по времени.

Для этого они взяли три обычные колонии этого вида (в Израиле, по нескольку тысяч особей) и поместили их в закрытые пластиковые коробки без еды, но соединённые ходами с площадкой для кормления (отдельной для каждой колонии), где размещался корм (тараканы). Еда находилась в противоположном входу углу кормовой площадки. Поверхность площадки наполовину была покрыта одним материалом, а всё остальное — другим. На некоторых покрытиях, таких как грубый полиэстеровый нетканый материал, скорость движения муравьев падала до 1,73 мм/с против 4,89 мм/с на полиэтилене.

При этом кратчайший путь пролегал через материалы, где скорость передвижения была минимальной. А самый длинный (по расстоянию) маршрут, напротив, был самым гладким и быстрым для перемещения, несмотря на превосходящую длину.

Всё это, вы правы, похоже на выбор светом пути своего распространения через материалы, известный как принцип Ферма (хотя его первая формулировка была дана ещё Героном Александрийским). Принцип наименьшего времени предписывает лучу света двигаться из начальной точки в конечную по пути, минимизирующему время прохождения. То есть если скорость света на близком маршруте будет меньше, а в более длинном, напротив, больше, свет «выберет» (как правило) более протяжённый, но быстрый путь. Хотя свет следует принципу без мыслительных усилий или возможности выбора, муравьям, известным своей склонностью к быстрому предпочтению коротких маршрутов, выбор между длиной пути и скоростью его прохождения делать всё же пришлось: их перемещение в пространстве не диктуется столь простыми закономерностями, как в случае электромагнитных волн.

Муравьи, направляясь к тараканам, удлиняют свой путь, чтобы бóльшую его часть пройти по более гладкой поверхности.

В итоге выяснилось, что муравьи в целом «уважают» Ферма. Бывают, правда, и исключения: некоторые особи способны отклоняться от маршрута основной массы насекомых, что полезно на стадии поиска оптимального пути. По всей видимости, это свидетельствует о значительной гибкости поведения отдельных рабочих муравьёв.

Похожие черты свойственны и людям, выбирающим обычно более длинный маршрут, если его можно преодолеть за меньшее время (хотя и среди нас есть «отщепенцы»). На первый взгляд, это противоречит недавним выводам другой группы учёных, согласно которым муравьям не нужны когнитивные способности для выбора самого выгодного маршрута. Однако точку в этом вопросе ставить пока рано: симуляция с помощью микророботов для сценария с маршрутами разной проходимости ещё не отрабатывалась.

Отчёт об исследовании опубликован в веб-журнале PLoS ONE (доступен полный текст).

Подготовлено по материалам Phys.Org.