Как люди, мы постоянно стремимся к хорошему балансу между работой и личной жизнью. Новые данные исследователей из Университета науки и технологий Миссури показывают, что муравьи, которых долгое время считали трудоголиками в мире насекомых, делают то же самое. На самом деле, по мнению этих исследователей, крайне важно, чтобы одни муравьи отдыхали, а другие работали над сохранением пищи, энергии и ресурсов для колонии. И чем больше колония, тем важнее становится баланс между работой и отдыхом.
«В этой области уже давно существует вопрос, почему большие колонии муравьев потребляют меньше энергии на душу населения, чем маленькие колонии», - говорит доктор. Чен Хоу, доцент кафедры биологических наук в штате Миссури S&T и руководитель исследовательской группы. «В этой работе мы обнаружили, что это связано с тем, что в больших колониях относительно больше «ленивых рабочих», которые не двигаются и, следовательно, не потребляют энергию».
«Мы обнаружили, что доля неактивных членов группы закономерно увеличивается с увеличением размера группы», - говорит Хоу.
Исследовательская группа последовательно наблюдала, что 60 процентов рабочих не передвигались в группе из 30 муравьев, тогда как этот процент увеличился до 80 процентов, когда размер группы увеличился до 300 муравьев.
«Одновременные энергетические измерения показали, что потребление энергии на душу населения в группе из 300 муравьев составляет всего 50% от этого показателя в группе из 30 муравьев», - говорит Хоу.
Не потребляя энергию, эти «ленивые» муравьи на самом деле экономят ресурсы для колонии и делают колонию более продуктивной.
Осознание этого может дать ценную информацию о том, как сделать наше общество более продуктивным и устойчивым.
«Люди похожи на муравьев в том смысле, что мы все живем вместе, группами, сотрудничая для нашего собственного улучшения», - говорит Хоу. «И люди, и муравьи сталкиваются с одинаковыми проблемами распределения ресурсов на основе задач и энергии. Понимание того, как муравьи тратят свою энергию по отношению к своей группе и почему они это делают, позволит понять условия для отдельных людей, которые позволяют группе выполнять коллективную оптимизацию поведения., то есть в контексте устойчивого использования ограниченных ресурсов."
Хоу и его команда, в которую входят два студента бакалавриата штата Миссури, изучающие науки и технологии, обсуждают свои выводы в следующем выпуске журнала Insect Science.
"Максимальное приобретение ресурсов потребует от большинства особей высокой активности, но также приведет к большим расходам энергии и длительному среднему времени поиска пищи. Напротив, минимизация затрат времени и энергии потребует от большинства особей бездействия, но также приведет к низкому уровню приобретения ресурсов», - говорит Хоу. «Таким образом, мы постулируем, что муравьиные колонии уравновешивают эти два правила оптимизации за счет координации взаимодействия собирателей."
Хоу говорит, что его команда пришла к выводу, используя современную компьютеризированную программу анализа зрения для отслеживания траекторий движения муравьев. Его коллега, доктор Чжаочжэн Инь, доцент и научный сотрудник Дэниела К. Сент-Клэра по компьютерным наукам в Missouri S&T, разработал программу.
Используя автоматический алгоритм Yin, исследовательская группа смогла проанализировать движения муравьев в течение более длительных периодов времени и с более высоким временным разрешением, чем когда-либо прежде. Предыдущие исследования анализировали движения муравьев только с минутными интервалами. Анализ двухчасового видео, проведенный исследовательской группой, показал большие различия в средней скорости ходьбы муравьев в колонии, отОт 2 сантиметров в секунду до 1,4 сантиметра в секунду.
«Это указывает на то, что анализ одноминутных наблюдений, вероятно, дает только мгновенные снимки и может не совсем точно отражать поведение муравьев в течение длительного периода времени», - говорит Хоу. «Эти сравнения подчеркивают преимущество нашего автоматического компьютеризированного метода отслеживания, поскольку трудно, если вообще возможно, вручную оцифровывать координаты отдельных муравьев с высоким временным разрешением в течение длительного периода».
Отслеживая поведение муравьев при ходьбе в течение более длительных периодов времени, исследователи также определили, сколько энергии муравьи потребляют во время работы, а не во время отдыха.
«Мы обнаружили, что ходячие муравьи потребляют в пять раз больше энергии, чем отдыхающие», - говорит Хоу. «Это означает, что с точки зрения энергии один ходячий муравей эквивалентен пяти отдыхающим муравьям. Таким образом, если в группе 20 процентов активных членов, эта группа будет потреблять на 180 процентов больше энергии, чем группа аналогичного размера со всеми неактивными членами."
Исследовательская группа, в которую также входят второкурсник Нолан Феррал и младшая Кьяра Холлоуэй, оба специализируются на биологических науках в Missouri S&T, и Мингчжун Ли, доктор философии. студент компьютерных наук, поделился своими выводами в статье под названием «Гетерогенная активность вызывает нелинейное увеличение группового использования энергии рабочими муравьями, изолированными от матки и расплода». Статья будет опубликована в ближайшем выпуске журнала Insect Science.
«Интуитивно понятно, что в колониях есть неактивные члены, потому что эти члены могут выполнять роль резерва или буфера, который будет активироваться, когда колонии находятся в состоянии стресса, например, в случае срочной необходимости обслуживания или защиты гнезда», - говорит Хоу.. «Но неясно, почему доля неактивных членов не является постоянной - почему в более крупных колониях относительно больше «ленивых» рабочих. Таким образом, наше исследование требует будущих исследований сетей взаимодействия и поведения муравьев».