hungtang ko
Las hormigas de fuego pueden ser el flagelo de los estados del sur como Georgia y Texas, pero científicamente, son infinitamente fascinantes como ejemplo de comportamiento colectivo. Unas pocas hormigas bravas bien espaciadas se comportan como hormigas individuales. Pero empacar suficientes de ellos juntos, y 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.
«En conjunto, casi se pueden considerar como un material, conocido como ‘materia activa'», dijo Hungtang Ko, ahora un postdoctorado en la Universidad de Princeton, quien comenzó a estudiar estas fascinantes criaturas como estudiante de posgrado de Georgia Tech en 2018. (Y sí , ha sido picado muchas, muchas veces). Es coautor de dos artículos recientes que investigan la 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 de fuego en el agua que fluye en comparación con las condiciones del agua estática.
El segundo, aceptado para su publicación en Physical Review Fluids, exploró el mecanismo por el cual las hormigas de fuego se unen para formar las balsas en primer lugar. ko y otros. se sorprendieron un poco al descubrir que el mecanismo principal parece ser el llamado «efecto Cheerios», llamado así en honor a la tendencia de los últimos Cheerios restantes que flotan en la leche a agruparse en el tazón, ya sea desplazándose hacia el centro o hacia el bordes exteriores.
Una sola hormiga tiene una cierta cantidad de hidrofobia, es decir, la capacidad de repeler el agua. Esta propiedad se intensifica cuando se unen, tejiendo sus cuerpos como una tela impermeable. Las hormigas recogen los huevos, se abren camino hacia la superficie a través de sus túneles en el nido y, a medida que sube el agua, se muerden el cuerpo unas a otras con sus mandíbulas y garras hasta que se forma una estructura plana similar 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 lograr esto en menos de 100 segundos. Además, la balsa de hormigas es «autocurativa»: 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 sus colegas informaron que las hormigas de fuego podían detectar activamente los cambios en las fuerzas que actuaban sobre su balsa flotante. Las hormigas reconocieron diferentes condiciones de flujo de fluidos y adaptaron su comportamiento en consecuencia 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, suficientes para romperla. Los cambios en las fuerzas centrífugas y de cizallamiento que actúan sobre la balsa son bastante pequeños, tal vez del 2 al 3 por ciento de la fuerza de la gravedad normal. Sin embargo, de alguna manera, las hormigas pueden sentir estos pequeños cambios con sus cuerpos.
A principios de este año, investigadores de la Universidad de Colorado, Boulder, identificaron algunas reglas simples que parecen regir cómo las balsas flotantes de hormigas bravas se contraen y expanden su forma con el tiempo. Como informamos en ese momento, a veces las estructuras se comprimían en densos círculos de hormigas. Otras veces, las hormigas comenzaban a desplegarse para formar extensiones similares a puentes (pseudópodos), a veces usando las extensiones para escapar de los contenedores.
¿Cómo lograron las hormigas esos cambios? Las balsas comprenden esencialmente dos capas distintas. Las hormigas en la capa inferior tienen un propósito estructural, constituyendo la base estable de la balsa. Pero las hormigas de la capa superior se mueven libremente sobre los cuerpos enlazados de sus hermanas de la capa inferior. A veces, las hormigas se mueven desde la capa inferior a la superior o desde la capa superior a la inferior en un ciclo que se asemeja a una cinta rodante en forma de dona.
ko et al.El estudio de B&B tiene un enfoque algo relacionado, excepto que el estudio de Boulder analizó la amplia dinámica colectiva en lugar de las interacciones entre hormigas individuales. «Hay miles y miles de hormigas en la naturaleza, pero nadie sabe realmente cómo interactuaría un par de hormigas entre sí y cómo eso afecta la estabilidad de la balsa», dijo Ko a Ars.
Con balsas 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. Encontró que las hormigas emplean una estrategia activa de aerodinámica, cambiando la forma de la balsa para reducir la resistencia. «Entonces, tal vez se necesita menos fuerza, o menos costo metabólico, para aferrarse a la vegetación que si se mantuvieran con la forma original de panqueque más grande», dijo Ko.