研究人员发现了白蚁如何建造巨型巢穴的秘密

发布时间：2024-05-10 17:22:52 栏目：精选知识

导读 白蚁是自然世界的建筑师。它们建造的巢穴可达数米高，结构复杂而精致，画廊可以确保有效的沟通，并以令人类工程师羡慕的方式自动为巢穴内部...

白蚁是自然世界的建筑师。它们建造的巢穴可达数米高，结构复杂而精致，画廊可以确保有效的沟通，并以令人类工程师羡慕的方式自动为巢穴内部通风。成千上万的昆虫如何协调它们的工作，为群体建造坚固且功能齐全的巢穴?



由卢卡I MT 高级研究学院复杂系统教授Andrea Perna协调并发表在《eLife》杂志上的一项新研究现已确定了白蚁完成这一非凡任务所使用的独特机制。

为了对乳白蚁( Coptotermes gestroi)(最初来自南亚，但已传播到美国东海岸)白蚁进行实验室实验，研究人员使用湿粘土建造了具有不同高度和形状的人工结构的小型竞技场。然后，他们从较大的蚁群中收集了少量的白蚁，并通过视频跟踪白蚁种群中所有白蚁的活动，量化了白蚁对这些结构的建筑行为，同时表征了 3D 结构的变化。通过这种方式，可以测试各种假设，以发现用于筑巢的协调机制。

就蚂蚁而言，除了白蚁之外，蚂蚁是能够建造大型复杂结构的另一主要昆虫类群，人们相信蚂蚁会用信息素浸渍建筑材料，信息素是一种吸引其他蚂蚁到建筑材料的化学物质。建筑工地并“告诉他们”在哪里建造。这样，一只工蚁的行动就会引发其他蚂蚁的活动，从而形成自我放大的过程。

如果白蚁像蚂蚁一样，也依靠信息素来指导它们的建筑活动，那么它们就不应该表现出将建筑材料颗粒沉积在任何特定位置的偏好，因为在由白蚁准备的人工竞技场中没有任何信息素。实验者。但事实并非如此：虽然竞技场各处都有颗粒收集，但沉积物都集中在现有结构的顶部。也许他们能够评估小柱子的高度和地面的异质性，这样他们就可以在现有结构的顶部不断添加建筑材料。但事实也并非如此：事实上，白蚁将其建筑颗粒沉积在短柱子和高柱子上的概率相同。

另一个假设是白蚁可能能够感知建筑基底的曲率，因为之前的一些模型表明，在最高曲率的位置不断添加颗粒足以产生非常复杂的结构，类似于某些物种的白蚁巢穴。 “在我们的模拟中，我们观察到表面的小异质性比周围平坦的基底具有更高的曲率，因此它们会膨胀形成柱子，柱子的尖头末端反过来会吸引建筑材料的进一步沉积并继续生长，直到它们形成柱子。与另一个支柱分裂或合并，等等;非常复杂的结构可以用这个简单的规则形成，”该研究的第一作者、法国巴黎 CNRS 材料与系统综合体研究所的研究员Giulio Facchini说。事实上，当白蚁面对实验中提供的人工刺激时，它们总是喜欢在最高曲率的位置建造，在柱子顶部添加颗粒(与柱子的高度无关)，并且当小的墙壁刺激时据提供，他们最常在墙的两个角处添加颗粒，这两个点的曲率达到最大。

问题是：白蚁如何能够如此可靠地感知它们所建造的结构的曲率?研究人员发现，水蒸发和湿度可能与此有关。 “白蚁对湿度浓度非常敏感：与大多数其他昆虫不同，白蚁具有薄薄的外骨骼和柔软的皮肤，这意味着即使长时间暴露在低于 70% 的湿度水平下也可能对它们致命，”Perna 解释道。 “它们能够感知这些湿度梯度并用它们的行为做出反应，这并不奇怪”。

但如何证明呢? “我们找到了一种被描述为‘非常巧妙的低技术解决方案’的解决方案： 《eLife》杂志的一位匿名审稿人：我们准备了与白蚁使用的相同的实验场地，但这次用盐溶液浸渍粘土碳酸氢钠。当盐溶液中的水蒸发时，会留下微小的盐晶体，盐晶体的生长标志着蒸发最高的区域：这些是柱子的尖端、墙角：与白蚁选择的完全相同的区域建设活动!”法基尼解释道。

“真正令我们惊讶的是，我们发现白蚁使用如此简单的解决方案来解决一个非常复杂的问题，”佩纳评论道。“在我们的实验中，巢穴的复杂性源于一个简单的机制：白蚁只需要根据情况添加材料颗粒。当地的湿度，但它们添加的颗粒反过来又改变了蒸发和湿度的所有模式，诱导其他白蚁在不同的位置筑巢，依此类推，直到产生非常复杂的结构”。