hungtang ko
Las hormigas de fuego pueden ser la pesadilla de los estados del sur como Georgia y Texas, pero científicamente son infinitamente fascinante como ejemplo de comportamiento colectivo. Algunas hormigas de fuego bien espaciadas se comportan como hormigas individuales. Pero empaquételos lo suficientemente apretados y actuarán más como una sola unidad, exhibiendo propiedades tanto sólidas como líquidas. Pueden formar balsas para sobrevivir a inundaciones repentinas, organizarse en torres e incluso puedes verterlas de una tetera como un líquido.
«Agregados, casi pueden considerarse un material, llamado ‘material activo'», dijo hungtang ko, ahora un posdoctorado en la Universidad de Princeton, que comenzó a estudiar estas fascinantes criaturas como estudiante graduado en Georgia Tech en 2018. (Y sí, lo han picado muchas veces). Es coautor de dos artículos recientes que investigan la física de las balsas de hormigas rojas. . La primera, Publicado en la revista Bioinspiration and Biomimetics (B&B), estudió el comportamiento de las balsas de hormigas rojas en agua corriente en comparación con las condiciones de agua estática.
La segunda, aceptado para publicación en Physical Review Fluids, exploró el mecanismo por el cual las hormigas de fuego se unen para formar las balsas en primer lugar. KB y otros. se sorprendieron un poco al descubrir que el mecanismo principal parece ser el llamado «Efecto Cheerios«- llamado así por la tendencia de los últimos Cheerios que flotan en la leche a agruparse en el tazón, ya sea desplazándose hacia el centro o hacia los bordes exteriores.
Una sola hormiga tiene cierta hidrofobicidad, es decir, la capacidad de repeler el agua. Este se intensifica la propiedad cuando se unen, entrelazando sus cuerpos como una tela impermeable. Las hormigas recogen todos los huevos, suben a la superficie a través de sus túneles en el nido y, a medida que sube el agua, se muerden unas a otras con sus mandíbulas y garras hasta que se forma una estructura plana con forma de diente. Cada hormiga se comporta como una molécula individual en un material, por ejemplo, granos de arena en un montón de arena. Las hormigas pueden lograr esto en menos de 100 segundos. Además, la balsa de hormigas es «autocurativa»: es lo suficientemente resistente como para que, si pierde una hormiga aquí y allá, la estructura general pueda permanecer estable e intacta, incluso durante meses.
En 2019, Ko y sus colegas reportó que las hormigas de fuego podían sentir activamente cambios en las fuerzas que actuaban sobre su balsa flotante. Las hormigas han reconocido diferentes condiciones de flujo de fluidos y pueden adaptar su comportamiento en consecuencia para preservar la estabilidad de la balsa. Una paleta que se mueve a través del agua del río creará una serie de remolinos giratorios (conocidos como desprendimiento de vórtices), lo que hará que las balsas de hormigas giren. Estos vórtices también pueden ejercer fuerzas adicionales sobre la balsa, suficientes para romperla. Los cambios en las fuerzas centrífugas y de cizallamiento que actúan sobre la balsa son bastante pequeños, quizás del 2 al 3% de la fuerza de gravedad normal. Sin embargo, de alguna manera las hormigas pueden sentir estos pequeños cambios en sus cuerpos.
A principios de este año, investigadores de la Universidad de Colorado, Boulder, identificó algunas reglas simples que parecen gobernar cómo las balsas flotantes de hormigas bravas se contraen y expanden su forma con el tiempo. Como informamos en ese momento, a veces las estructuras se comprimían en densos círculos de hormigas. Otras veces, las hormigas comenzaban a desplegarse para formar extensiones en forma de puente (pseudópodos), a veces usando las extensiones para escapar de los contenedores.
¿Cómo hicieron las hormigas estos cambios? Las balsas consisten básicamente en dos capas distintas. Las hormigas en la capa inferior tienen un propósito estructural, formando la base estable de la balsa. Pero las hormigas de la capa superior deambulan libremente por encima de los cuerpos atados de sus hermanas de la capa inferior. A veces, las hormigas se mueven desde la capa inferior a la superior o desde la capa superior a la capa inferior en un ciclo que se asemeja a una cinta rodante en forma de dona.
KB et al.El estudio de B&B está algo relacionado, excepto que el estudio de Boulder analizó la dinámica colectiva general en lugar de las interacciones entre hormigas individuales. «Hay miles y miles de hormigas en la naturaleza, pero nadie sabe realmente cómo interactuaría un par de hormigas entre sí y cómo afectaría eso a la estabilidad de la balsa», dijo Ko a Ars.
Con balsas de este tamaño, la repetibilidad puede ser un problema. Ko quería tener un poco más de control sobre sus experimentos y también estudiar cómo las hormigas se adaptaban a diferentes escenarios de flujo en el agua. Descubrió que las hormigas usan una estrategia de racionalización activa, cambiando la forma de la balsa para reducir la resistencia. «Así que tal vez se necesita menos fuerza, o menos costo metabólico, para aferrarse a la vegetación que si se mantuviera fiel a la forma original de panqueque más grande», dijo Ko.
