הינך נמצא כאן

מחשבות מסלול מחדש

כיצד מתגברות נמלים הסוחבות מזון אל הקן על מכשולים בדרך?
14.06.2018

כשנמלה ניגשת למטען, היא מרגישה את הכוחות שמפעילות הנמלים האחרות, ובהתאם מחליטה אם עליה למשוך את הפריט או להרימו

מבניית הפירמידות ועד הזזת המקרר במטבח – היכולת של בני אדם לשתף פעולה בסחיבת מטען כבד היא יכולת נדירה בטבע. למעשה, ככל הידוע, בעלי החיים היחידים שמפגינים יכולת דומה הם נמלים. לא בכדי נמלים מרתקות את בני האדם כבר אלפי שנים: המראה של קבוצת נמלים קטנטנות סוחבות בתיאום מופלא תולעת או תיקן הגדולים מהן פי כמה הוא אחד מפלאי הטבע. אבל מה קורה כשבדרך אל הקן נתקלות הנמלים במכשול, ונדרשות, בלשונה של תוכנת הניווט הפופולרית, לחשב מסלול מחדש? מחקר חדש של מדעני מכון ויצמן למדע שהתפרסם באחרונה בכתב-העת המדעי PLOS Computational Biology, הראה כיצד, בעזרת כללי התנהגות פשוטים ביותר, יכולות הנמלים להחליף באקראי בין שתי דרכי פעולה, וכך להתגבר על המכשולים הנקרים בדרכן.

כפי שיודע היטב כל מי שעבר דירה מימיו, קשה להוביל חפצים ללא תיאום בין הסוחבים. אם כך, כיצד מתקשרות הנמלים, ואיך הן מחלקות ביניהן את העבודה? במחקר קודם של קבוצתו של פרופ' ניר גוב, מהמחלקה לפיסיקה כימית וביולוגית, ומעבדת הנמלים של ד"ר עפר פינרמן, מהמחלקה לפיסיקה של מערכות מורכבות, התגלה כי התקשורת היא מכאנית. "כשנמלה ניגשת לפריט מזון, היא מרגישה את הכוחות שמפעילות הנמלים האחרות שסוחבות אותו, ובהתאם מחליטה אם עליה למשוך את הפריט או להרימו", מסביר פרופ' גוב. "אם היא מרגישה שהמטען נע ממנה והלאה, כלומר היא בחלקו האחורי, היא מרימה, ואם המטען נע כלפיה, כלומר היא בחזית שלו, היא מושכת. בכך מִתְמַצֵּית קבלת ההחלטות של הנמלה הבודדת, ומתאפשרת תנועה יעילה בקבוצה".

היכולת של בני אדם לשתף פעולה בסחיבת מטען כבד היא יכולת נדירה בטבע. למעשה, ככל הידוע, בעלי החיים היחידים שמפגינים יכולת דומה הם נמלים"

מימין: פרופ' ניר גוב, ד"ר עפר פינרמן, ד"ר אהוד פוניו ויוני רון. נתקלו במכשול

כך מתנהגות הנמלים כאשר תנועתן חופשית. אבל מה קורה כשהן מגלות שהשלל הנאה שמצאו אינו משתחל בקלות בסדקים ובחריצים שבהם יכולות לעבור ללא קושי נמלים שאינן סוחבות מטען? במחקר הנוכחי, שהוביל תלמיד המחקר יוני רון מהמעבדה של פרופ' גוב, בנו החוקרים מודל מתמטי אשר מתחקה אחר התנהגות הנמלים כאשר הן נתקלות במחסום בלתי-עביר בעל פתח צר. הסימולציות ניבאו, כי הנמלים יחליפו באקראי בין שתי דרכי פעולה: הן תתגודדנה  ליד הפתח בניסיון לעבור דרכו, או תתנודדנה ימינה ושמאלה בניסיון לחפש דרך שתעקוף את המכשול. מסביר פרופ' גוב: "אותם חוקים פשוטים, שלפיהם כל נמלה מחליטה אם למשוך או להרים את המטען בהתאם לכוחות שהיא מרגישה, תקפים גם במודל זה. אין פה נמלה או כמה נמלים שאומרות לעצמן: 'רגע, הגענו למחסום, מה אנחנו עושות עכשיו?' אף אחת מהן אינה מבינה שיש מחסום; הן פשוט עושות מה שהן יודעות הכי טוב, ממש כמו בתנועה חופשית. במילים אחרות, הבעיה 'נפתרת' באמצעות הקולקטיב מבלי שנמלה כלשהי נדרשת לבעיה באופן פרטני".

לפי המודל, גודל קבוצת הנמלים, אשר משקף את גודל פריט המזון, הוא שיקבע איזו דרך פעולה תהיה דומיננטית: קבוצות קטנות שנושאות פיסות מזון קטנות יבלו זמן רב יותר סמוך לפתח הצר, וכך יגדילו את הסיכוי לדחוק את פיסת המזון דרך הפתח, בעוד קבוצות גדולות יותר ינועו יותר לצדדים, וכך יגדילו את סיכוייהן לעקוף את המכשול.

אתגר הפתח הצר: האם יצליחו הנמלים להעביר את המטען בשלום?

החוקרים בדקו את התחזיות של המודל באמצעות ניסויים בנמלים (ראו סרטונים) שנשאו מטענים בגדלים שונים. כאשר הנמלים נתקלו במחסום בלתי-עביר עם פתח צר, הן אכן החליפו באקראי בין שתי דרכי הפעולה שנחזו. כמו כן, קבוצות קטנות יותר, שנשאו פריטים קטנים יותר, בילו זמן רב יותר ליד הפתח. "את החפץ שלנו אי-אפשר היה לדחוס דרך המעבר הצר, אבל אפילו אותו הצליחו הנמלים להפוך על צידו, וכמעט להשחילו דרך החור. במציאות, תולעת או חרק כמובן גמישים הרבה יותר", אומר פרופ' גוב.

>> סרטון 1: הנמלים מתגודדות ליד הפתח בניסיון לעבור דרכו

>> סרטון 2: הנמלים מתנודדות ימינה ושמאלה בניסיון לעקוף את המכשול

בהמשך מתכנן צוות המחקר לחקור את התנועה של נמלים נושאות מזון בתנאים מורכבים יותר, כשהמכשולים בגדלים שונים ובצורות שונים, באופן שמדמה טוב יותר את התנאים הטבעיים בשטח. במחקר הנוכחי השתתפו גם ד"ר איתי פינקובצקי, בעת שהיה תלמיד מחקר במעבדה של פרופ' גוב, ומדען הסגל ד"ר אהוד פוניו ממעבדת הנמלים של ד"ר פינרמן.

>> סרטון 3: יוצאות לדרך חדשה: הנמלים מצליחות לעקוף את המכשול

10 נמלים – זהו גודל הקבוצה האופטימלי לסחיבת פריט מזון. ככל שהקבוצה גדולה יותר, הנמלים יהיו יותר "קונפורמיות", ויעילות התנועה שלהן תיפגע. ומה הגודל האופטימלי לקבלת החלטות בקבוצת בני אדם?

#מספרי_מדע

לשיתוף:

 

 

 

 

אינסטגרם