Als we mieren als bouwers beschouwen, stellen we ons normaal gesproken voor dat ze ingewikkelde tunnelnetwerken graven als onderdeel van ondergrondse kolonies.
Maar David Hu, Nathan Mlot en een team van andere onderzoekers van Georgia Tech bestuderen een heel ander type bouwgedrag dat specifiek is voor één mierensoort: het vermogen van Solenopsis invicta om bruggen, vlotten en zelfs tijdelijke schuilplaatsen te bouwen met hun eigen lichamen als gebouw materiaal.
"Vuurmieren zijn in staat om te bouwen wat we 'zelf-aggregaties' noemen, " zegt Hu. "Ze kunnen kleine boten bouwen, kleine huizen genaamd bivaks en zelfs bruggen om beekjes over te steken door het bouwmateriaal te zijn, hun lichamen met elkaar te verbinden en sterke netwerken te vormen."
De mieren worden nu beschouwd als een invasieve soort in 25 staten, Azië en Australië, maar hun ongewone gedrag is een overlevingsstrategie die wordt gevormd door hun inheemse omgeving: een specifiek gebied van wetlands in West-Brazilië dat vaak wordt overstroomd. "De mieren leven onder de grond, maar wanneer het begint te overstromen, moeten ze de kolonie-leden verzamelen, ze uit de grond trekken en een drijvend vlot bouwen", zegt Hu.
Vuurmieren vormen een levende brug tussen een kopje en een theepot. Foto met dank aan David Hu en Nathon Mlot / Georgia Tech
Wanneer dit vlot land raakt, blijven de mieren bouwen. Om kleine stroompjes over te steken tijdens hun daaropvolgende migratie, maken ze levende bruggen waarmee de hele kolonie in veiligheid kan klauteren. Daarna bouwen ze met behulp van hun lichamen een tijdelijk bovengronds kampement om onderdak te bieden voor de paar dagen die nodig zijn om ondergrondse tunnels opnieuw te graven. Al die tijd zijn de mieren die de tijdelijke schuilplaats vormen voortdurend in beweging, maar behouden nog steeds de structuur. "Het is echt levende architectuur - het heeft goed gebouwde, georganiseerde tunnels, broedkamers, " zegt Hu. Althans voor de mieren aan de binnenkant biedt dit bescherming tegen vijandig weer of roofdieren.
Hu, een ingenieur, is vooral geïnteresseerd in het bestuderen van de zwermende mieren als een nieuw materiaal met ongekende kenmerken. Als onderdeel van het recente onderzoek van zijn groep, gisteren gepresenteerd op een jaarlijkse bijeenkomst van de American Physical Society, beschouwden hij en zijn collega's de mieren in de context van andere "actieve materialen" - stoffen die kunnen reageren op veranderende omstandigheden, zoals zelfherstellende cementen die de energie in zonlicht kunnen gebruiken om uit te breiden en hun eigen breuken te vullen.
"We wilden karakteriseren wat voor materiaal het is - is het een vloeistof, of is het een vaste stof, en hoe reageert het op stress?" Zegt hij. "In de natuur, bijvoorbeeld, kunnen deze vlotten langs een rivier drijven en tegen rotsen botsen, of regendruppels kunnen hen raken."
Om deze zelf-aggregaties te testen, gebruikte het team van Hu een paar technieken, waarbij levende mierenstructuren werden vergeleken met gestolde dode mieren als controle. Met behulp van een reometer - een apparaat dat nauwkeurig de stressrespons en -stroom van een vloeistof kan meten en dat vaak wordt toegepast in industriële situaties (zoals de ontwikkeling van een nieuwe shampoo) - ontdekten ze dat de mieren hun structuur continu reorganiseren om de stabiliteit te handhaven.
Veel materialen gedragen zich als een vaste stof wanneer ze worden belast door krachten die met bepaalde snelheden bewegen, en een vloeistof wanneer ze worden belast door vertraagde. Water gedraagt zich bijvoorbeeld als een vloeistof wanneer je je hand erin steekt, maar een vaste stof wanneer het wordt geraakt door een menselijk lichaam dat van een duikplank springt - de reden dat een buikflop zoveel pijn doet.
Maar de mierenstructuren zijn een combinatie van vast en vloeibaar wanneer ze door krachten bij alle snelheden worden gestrest, vonden de onderzoekers. Ze vervormen actief hun structuur om een spanning op te vangen (zoals een vloeistof), maar stuiteren daarna terug op hun plaats (als een vaste stof). Kijk wat er gebeurt wanneer een van hun structuren wordt gecomprimeerd door een petrischaal, bijvoorbeeld:
Van video met dank aan David Hu en Nathon Mlot / Georgia Tech
"Dit is logisch, gebaseerd op hun natuurlijke omgeving, " zegt Hu. “Als ze in een vlot langs een rivier drijven, hebben ze geen controle over waar het drijft, dus als er iets in de weg staat - zeg, een takje - zie je reageren en rond het takje stromen, een beetje als een amoebe. ”
De enorme veerkracht en het drijfvermogen van de mieren is ook opmerkelijk. Toen de onderzoekers de drijvende vlotten onder het wateroppervlak probeerden te duwen, ontdekten ze dat ze een aanzienlijke hoeveelheid kracht konden weerstaan en weer omhoog konden drijven:
Van video met dank aan David Hu en Nathon Mlot / Georgia Tech
Dit wordt gedeeltelijk mogelijk gemaakt door de exoskeletten van de mieren, die van nature hydrofoob zijn (dat wil zeggen dat ze water chemisch afstoten). Wanneer veel mieren samenklonteren om een structuur te vormen, dringt water dan niet in de openingen tussen, dus wanneer ze onder water worden gedwongen, helpt de lucht die in deze holten achterblijft hen te drijven.
Misschien is het grootste mysterie van de opmerkelijke levende structuren van deze mieren hoe de wezens communiceren om ze te bouwen. De meeste mierencommunicatie is gebaseerd op sporen van feromonen die op de grond zijn achtergelaten, maar in een dergelijke onderling verbonden vorm lijkt dat soort communicatie onwaarschijnlijk. Microscopisch onderzoek onthult dat de mieren elkaar grijpen met behulp van zowel hun kaken als kleine klauwen aan het uiteinde van hun benen. Hu merkt dit op en voegt eraan toe: "We denken dat ze communiceren via aanraking, maar we begrijpen het nog niet echt."
Een mier grijpt het been van een naburige mier in zijn kaak. Afbeelding afkomstig van David Hu en Nathon Mlot / Georgia Tech
