Wenn wir Ameisen als Baumeister betrachten, stellen wir uns normalerweise vor, dass sie komplizierte Tunnelnetzwerke als Teil von unterirdischen Kolonien graben.
David Hu, Nathan Mlot und ein Team von anderen Forschern von Georgia Tech untersuchen ein ganz anderes, für eine Ameisenart spezifisches Bauverhalten: Die Fähigkeit von Solenopsis invicta, Brücken, Flöße und sogar Notunterkünfte mit ihren eigenen Körpern als Gebäude zu bauen Material.
„Feuerameisen sind in der Lage, sogenannte Selbstaggregationen aufzubauen“, sagt Hu. "Sie können kleine Boote, kleine Häuser, sogenannte Biwaks, und sogar Brücken bauen, um Bäche zu überqueren, indem sie das Baumaterial sind, ihre Körper miteinander verbinden und starke Netzwerke bilden."
Die Ameisen gelten heute in 25 Staaten, in Asien und in Australien als invasive Arten. Ihr ungewöhnliches Verhalten ist jedoch eine Überlebensstrategie, die von ihrer heimischen Umwelt geprägt ist: ein bestimmtes Feuchtgebiet im Westen Brasiliens, das häufig überflutet wird. "Die Ameisen leben unter der Erde, aber wenn es anfängt zu fluten, müssen sie die Koloniemitglieder sammeln, sie aus dem Boden ziehen und ein schwimmendes Floß bauen", sagt Hu.
Feuerameisen bilden eine lebendige Brücke zwischen einer Tasse und einer Teekanne. Foto mit freundlicher Genehmigung von David Hu und Nathon Mlot / Georgia Tech
Wenn dieses Floß landet, bauen die Ameisen weiter. Um kleine Bäche während ihrer anschließenden Wanderung zu überqueren, bauen sie lebende Brücken, die es der gesamten Kolonie ermöglichen, sich in Sicherheit zu bringen. Anschließend errichten sie mit ihren Körpern ein temporäres oberirdisches Lager, um für die wenigen Tage Schutz zu bieten, die zum Wiedergraben von unterirdischen Tunneln erforderlich sind. Währenddessen bewegen sich die Ameisen, die den temporären Unterschlupf bilden, ununterbrochen, bewahren aber immer noch die Struktur. "Es ist wirklich lebendige Architektur - es hat gut konstruierte, organisierte Tunnel, Bruträume", sagt Hu. Zumindest für die Ameisen im Inneren bietet dies Schutz vor feindlichem Wetter oder Raubtieren.
Hu, ein Ingenieur, ist hauptsächlich daran interessiert, die schwärmenden Ameisen als neuartiges Material mit beispiellosen Eigenschaften zu untersuchen. Als Teil der jüngsten Forschungsergebnisse seiner Gruppe, die gestern auf einer Jahrestagung der American Physical Society vorgestellt wurden, betrachteten er und seine Kollegen die Ameisen im Kontext anderer „aktiver Materialien“ - Substanzen, die auf sich ändernde Bedingungen wie selbstheilende Zemente reagieren können das kann die Energie im Sonnenlicht verwenden, um ihre eigenen Brüche zu erweitern und zu füllen.
"Wir wollten charakterisieren, was für ein Material es ist - ist es eine Flüssigkeit oder ein Feststoff und wie reagiert es auf Stress?", Sagt er. "In der Natur könnten diese Flöße beispielsweise einen Fluss hinunter schwimmen und gegen Felsen stoßen, oder Regentropfen könnten sie treffen."
Um diese Selbstaggregationen zu testen, verwendete Hu's Team einige Techniken, um lebende Ameisenstrukturen mit verklumpten toten Ameisen als Kontrolle zu vergleichen. Mithilfe eines Rheometers - eines Geräts, mit dem die Reaktion auf Stress und der Fluss einer Flüssigkeit präzise gemessen werden können und das häufig in industriellen Situationen (z. B. bei der Entwicklung eines neuen Shampoos) angewendet wird - stellten sie fest, dass die Ameisen ihre Struktur kontinuierlich neu ordnen, um die Stabilität aufrechtzuerhalten.
Viele Materialien verhalten sich wie ein Festkörper, wenn sie von Kräften belastet werden, die sich mit bestimmten Geschwindigkeiten bewegen, und wie eine Flüssigkeit, wenn sie von verlangsamten Kräften belastet werden. Wasser zum Beispiel verhält sich wie eine Flüssigkeit, wenn Sie Ihre Hand hineinstecken, aber fest, wenn Sie von einem menschlichen Körper getroffen werden, der von einem Sprungbrett springt - der Grund, warum ein Bauchflop so weh tut.
Aber die Ameisenstrukturen sind eine Kombination aus Feststoffen und Flüssigkeiten, wenn sie bei allen Geschwindigkeiten von Kräften beansprucht werden, stellten die Forscher fest. Sie verformen aktiv ihre Struktur, um eine Belastung aufzunehmen (wie eine Flüssigkeit), springen dann aber wieder an ihren Platz zurück (wie ein Feststoff). Überprüfen Sie, was passiert, wenn eine ihrer Strukturen durch eine Petrischale komprimiert wird, zum Beispiel:
Mit freundlicher Genehmigung von David Hu und Nathon Mlot / Georgia Tech
"Das macht Sinn, basierend auf ihrer natürlichen Umgebung", sagt Hu. „Wenn sie in einem Floß in einem Fluss schwimmen, haben sie keine Kontrolle darüber, wo es schwimmt. Wenn also etwas im Weg ist - sagen wir ein Zweig -, sieht man, wie der Zweig reagiert und umfließt es wie eine Amöbe. "
Bemerkenswert ist auch die Elastizität und der Auftrieb der Ameisen. Als die Forscher versuchten, die schwimmenden Flöße unter die Wasseroberfläche zu drücken, stellten sie fest, dass sie einer erheblichen Kraft standhalten und wieder aufschwimmen konnten:
Mit freundlicher Genehmigung von David Hu und Nathon Mlot / Georgia Tech
Dies wird teilweise durch die Exoskelette der Ameisen ermöglicht, die von Natur aus hydrophob sind (dh Wasser chemisch abweisen). Wenn sich viele Ameisen zu einer Struktur zusammenballen, dringt zwischenzeitlich kein Wasser in die Zwischenräume ein. Wenn sie unter Wasser gezwungen werden, hilft ihnen die Luft, die in diesen Hohlräumen verbleibt, zu schweben.
Das vielleicht größte Rätsel der bemerkenswerten Lebensstrukturen dieser Ameisen ist, wie die Kreaturen kommunizieren, um sie zu bauen. Die meiste Ameisenkommunikation basiert auf Spuren von Pheromonen, die auf dem Boden zurückgelassen wurden, aber in einer solchen miteinander verbundenen Form scheint diese Art der Kommunikation unwahrscheinlich. Die mikroskopische Untersuchung zeigt, dass die Ameisen sich gegenseitig mit ihren Kiefern und kleinen Krallen am Ende ihrer Beine greifen. Hu fügt hinzu: "Wir glauben, dass sie durch Berührung kommunizieren, aber wir verstehen es noch nicht wirklich."
Eine Ameise packt das Bein einer benachbarten Ameise im Kiefer. Mit freundlicher Genehmigung von David Hu und Nathon Mlot / Georgia Tech
