Feuerameisen können aus ihren eigenen Körpern Miniatur-Doppelbilder des Eiffelturms bauen, und die Insekten bauen die Strukturen ständig wieder auf, um sie vor dem Zusammenbruch zu bewahren, so eine neue Studie.
Die Insekten kriechen diese Strukturen in einem Phänomen auf und ab, das umgekehrt einem Zeitlupenbrunnen ähnelt, sagten die Forscher.
Die Ergebnisse der neuen Studie könnten zu Schwärmen von Robotern führen, die mit ihrem eigenen Körper komplexe 3D-Strukturen bilden können, fügten die Wissenschaftler hinzu.
Flöße bauen
Feuerameisen (Solenopsis invicta) entwickelte sich in den Pantanal-Feuchtgebieten Brasiliens. Im Jahr 2011 entdeckten Craig Tovey, Biologe am Georgia Institute of Technology in Atlanta, und seine Kollegen, wie sich Kolonien dieser Insekten zu Flößen formen können, die monatelang über Wasser bleiben können.
Feuerameisen können an den Enden ihrer Füße klebrige Polster verwenden, um sich miteinander zu verbinden und ein pfannkuchenförmiges Floß zu bilden. Die Studie von 2011 ergab, dass das Exoskelett jeder Ameise Luftblasen einfangen und leicht wasserabweisend werden kann. Das Zusammenweben einer Kolonie führt zu einem stärkeren Abdichtungseffekt, der das Floß trocken hält, während es im Wasser schwimmt.
Wenn die Ameisenflöße optimale Orte finden, an denen sie sich niederlassen können, können sie glockenförmige Türme bilden, die nach Überschwemmungen als Notunterkünfte dienen. Diese Strukturen können jeweils aus Hunderttausenden von Ameisen bestehen und eine Höhe von mehr als 30 Ameisen erreichen. Bis jetzt war es ein Rätsel, wie Ameisen so hohe Strukturen aus ihren eigenen Körpern bauen konnten, ohne zerquetscht zu werden, sagten die Forscher in der neuen Studie.
Sinkende Türme
Tovey und seine Kollegen fanden versehentlich das Geheimnis der hohen Gebäude, als sie mit Feuerameisenkolonien experimentierten, die an Straßenrändern in der Nähe von Atlanta gesammelt wurden. Die Forscher machten die Entdeckung, als "wir versehentlich die Videokamera eine weitere Stunde laufen ließen, nachdem die Ameisen ihren Turm fertig gebaut hatten", sagte Tovey gegenüber Live Science.
Um die Ameisen zum Bau von Türmen zu bewegen, platzierten die Forscher sie in durchsichtigen Kisten, aus deren Boden Plastikstangen ragten. Diese Stangen dienten als Stützen, auf denen die Ameisen Strukturen aus sich selbst bauen konnten. In nachfolgenden Experimenten waren die von den Ameisen gebauten Türme zwischen 7 und 30 Millimeter hoch und wurden innerhalb von 17 bis 33 Minuten gebaut. Die Forscher stellten fest, dass solche Türme wahrscheinlich eine Glockenform annahmen, da in dieser Form jede Komponente eine gleiche Last trägt.
Mit hoher Geschwindigkeit konnten die Forscher feststellen, dass die Türme ständig sinken, während Ameisen in den Tiefen der Strukturen von den Insektenhaufen um sie herum weg tunneln. Die Strukturen werden jedoch ständig umgebaut, da Ameisen die Seiten der Türme hoch huschen.
"Ich war am meisten überrascht, dass der Ameisenturm ständig sinkt und wieder aufgebaut wird", sagte Tovey. "Ich dachte, die Ameisen hätten aufgehört zu bauen, als der Turm fertig war. Die Form bleibt gleich - wer würde vermuten, dass die Ameisen durch eine unveränderliche Struktur zirkulieren?"
Ziellose Konstruktion
Um ihre Ergebnisse zu bestätigen, mischten die Forscher einen schwach radioaktiven Farbstoff auf Jodbasis in das Trinkwasser einiger Insekten und setzten die Kolonie dann in ein Röntgengerät, um die Bewegungen der Ameisen zu überwachen. "In Echtzeit blockieren die Oberflächenameisen die Sicht", sagte Tovey. "Außerdem ist das Absinken zu langsam, um es zu erkennen."
Durch das Auflegen transparenter Plastikfolien auf Ameisen stellten die Wissenschaftler fest, dass jedes Insekt, das im Durchschnitt etwa 1 Milligramm wiegt, das bis zu 750-fache seines Gewichts tragen und die Geschichte erzählen kann. Die Experimente deuteten jedoch auch darauf hin, dass sich jede Ameise in Türmen am wohlsten fühlt, wenn sie bis zu drei Ameisen auf dem Rücken trägt - mehr, und sie geben einfach auf und gehen weg, sagte Tovey.
Die Forscher stellten fest, dass diese Strukturen ohne Führer oder koordinierten Aufwand gebaut wurden. Stattdessen wanderte jede Ameise ziellos umher und folgte bestimmten Regeln, die ihr beim Bau von Türmen helfen könnten. Von den Forschern entwickelte Computermodelle könnten Turmformen und Wachstumsraten genau vorhersagen, heißt es in der Studie.
"Um ihre hohe, solide Struktur in Form eines Eiffelturms zu bauen, scheinen die Ameisen den gleichen einfachen Verhaltensregeln zu folgen, denen sie folgen, um ein schwimmendes Floß in Pfannkuchenform auf dem Wasser zu bauen", sagte Tovey. "Es ist bemerkenswert, dass die beiden von der Ameisengruppe gebildeten großräumigen Formen dramatisch unterschiedlich sind und unterschiedliche Funktionen erfüllen, sich jedoch aus denselben kleinräumigen individuellen Verhaltensweisen ergeben."
Die Forscher wollen nun "die Brücken analysieren, die die Feuerameisen aus ihren Körpern machen, um Lücken im Gelände zu überwinden", sagte Tovey. "Sie sind erstaunlich. Die vor ihnen halten sich gegenseitig, baumeln nach unten und außen zur anderen Seite und greifen fest an jedem Ende. Der Rest der Ameisen geht über die Brücke. Dann dekonstruieren die Ameisen, aus denen die Brücke besteht, sie ab von der ersten Seite, also haben am Ende alle Ameisen die andere Seite erreicht. "
Solche Forschungen könnten dazu beitragen, die Entstehung von Roboterschwärmen zu inspirieren, die aus ihren Körpern komplexe Strukturen aufbauen könnten, sagte Tovey.
"Robotikforscher hatten einige Erfolge damit, eine Flotte von Robotern dazu zu bringen, ein zweidimensionales Muster wie ein Rechteck zu bilden, aber sie haben nicht herausgefunden, wie Roboter dazu gebracht werden können, eine stabile dreidimensionale Struktur zu bilden", sagte Tovey. "Diese Forschung könnte zeigen, wie das geht.
"Nehmen wir zum Beispiel an, wir schicken mehrere hundert kleine Roboter durch eine kleine Öffnung in ein eingestürztes Gebäude, um nach Überlebenden zu suchen oder unbekanntes Terrain auf dem Mars zu erkunden", sagte Tovey. "Manchmal müssen die Roboter zusammenarbeiten, um Spalten zu überqueren oder über steile Hindernisse zu klettern. Zu anderen Zeiten sollten sie sich ausbreiten. Diese Forschung kann uns helfen, zu verstehen, wie ihre einzelnen Steuerungen so konstruiert werden, dass sie in verschiedenen Situationen gemeinsam unterschiedliche Aufgaben ausführen können . "
Dennoch könnte es sich als schwierig erweisen, Roboter zu entwickeln, die alles können, was Ameisen können, sagte er. "Lassen Sie eine Ameise wiederholt aus einer Entfernung von 6 Fuß fallen, damit sie nicht verletzt wird. Lassen Sie einen Roboter hundertmal aus einer Entfernung von 6 Fuß fallen und viel Glück", sagte Tovey.
Die Wissenschaftler haben ihre Ergebnisse online am 12. Juli in der Zeitschrift Royal Society Open Science veröffentlicht.
