hungtang ko
Las hormigas de fuego pueden ser el flagelo 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 si se juntan suficientes, actúan 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 se pueden considerar como un solo material, conocido como ‘materia activa'», dijo. hungtang ko, ahora un posdoctorado en la Universidad de Princeton, que comenzó a estudiar estas fascinantes criaturas como estudiante de posgrado en Georgia Tech en 2018. (Y sí, lo han picado muchas, muchas veces). física de las balsas de hormigas bravas. El primero, publicado en la revista Bioinspiration and Biomimetics (B&B), investigó cómo se comportan las balsas de hormigas rojas en el agua que fluye en comparación con las condiciones del agua estática.
El segundo, aceptado para publicación en Physical Review Fluids, exploró el mecanismo por el cual las hormigas de fuego se unen para formar balsas en primer lugar. ko y otra. 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 restantes que flotan en la leche a agruparse en el tazón, flotando hacia el centro o hacia los bordes exteriores.
Una sola hormiga tiene una cierta cantidad de hidrofobia, es decir, la capacidad de repeler el agua. Éste la propiedad se intensifica cuando se juntan, entrelazando sus cuerpos como una tela impermeable. Las hormigas recogen todos los huevos, salen a la superficie a través de los túneles de sus nidos y, a medida que sube el agua, se muerden el cuerpo unas a otras con sus mandíbulas y garras hasta formar una estructura plana parecida a una balsa. Cada hormiga se comporta como una molécula individual en un material, por ejemplo, granos de arena en un montón de arena. Las hormigas pueden hacer esto en menos de 100 segundos. Además, la balsa de hormigas es «autorreparable»: es lo suficientemente robusta 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 colegas reportó que las hormigas de fuego podían sentir activamente los cambios en las fuerzas que actuaban sobre su balsa flotante. Las hormigas reconocieron diferentes condiciones de flujo de fluidos y pueden adaptar su comportamiento para preservar la estabilidad de la balsa. Una paleta que se mueve a través del agua del río creará una serie de vórtices 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, lo suficiente como para separarla. 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 la 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 de fuego se contraen y expanden su forma con el tiempo. Como informamos en ese momento, las estructuras a veces se comprimían en densos círculos de hormigas. Otras veces, las hormigas comenzaban a extenderse para formar extensiones similares a puentes (pseudópodos), a veces usando las extensiones para escapar de los contenedores.
¿Cómo lograron las hormigas estos cambios? Los transbordadores comprenden esencialmente dos capas distintas. Las hormigas en la capa inferior cumplen un propósito estructural, constituyendo la base estable de la balsa. Pero las hormigas del estrato superior se mueven libremente sobre los cuerpos atados de sus hermanos del estrato inferior. A veces, las hormigas se mueven de la capa inferior a la capa superior o de la capa superior a la inferior en un ciclo similar a una alfombra en forma de dona.
ko et al.El estudio de B&B de B&B tiene un enfoque algo relacionado, excepto que el estudio de Boulder analizó dinámicas colectivas amplias en lugar de interacciones entre hormigas individuales. “Hay miles y miles de hormigas en la naturaleza, pero nadie sabe realmente cómo un par de hormigas interactúan entre sí y cómo eso afecta la estabilidad de la balsa”, dijo Ko a Ars.
Con ferries tan grandes, la repetibilidad puede ser un problema. Ko quería ganar 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 emplean una estrategia de racionalización activa, cambiando la forma de la balsa para reducir la resistencia. «Entonces, tal vez se necesita menos fuerza, o menos costo metabólico, para mantener la vegetación que si se dejara con la forma original de panqueque más grande», dijo Ko.
