Loài kiến sử dụng toán học để tìm lộ trình nhanh nhất

Giống như ánh sáng vậy, loài kiến di chuyển trong những môi trường khác nhau theo lộ trình nhanh nhất, chứ không phải lộ trình ngắn nhất.

Một nghiên cứu mới đây cho biết khi kiến lửa (Wasmannia auropunctata) băng qua những bề mặt khác nhau, loài côn trùng này chọn lộ trình giảm thiểu thời gian đi lại tổng cộng của chúng, chứ không phải quãng đường đi. Hành vi của loài kiến mở ra một hướng nhìn những nhóm côn trùng kiểu xã hội tự tổ chức như thế nào.

Kiến bò theo một lộ trình gián tiếp

Kiến bò theo một lộ trình gián tiếp trên bề mặt nỉ nhẵn (màu trắng) và mặt nỉ nhám (màu lục), để đến đích của chúng trong thời gian nhanh nhất. Ảnh: Simon Tragust

Trong quang học, một tia sáng truyền giữa hai điểm theo lộ trình đòi hỏi lượng thời gian ít nhất, cho dù đó không phải là lộ trình ngắn nhất – đó gọi là “nguyên lí thời gian tối thiểu Fermat”. Ví dụ, hãy tưởng tượng một người làm công tác cứu hộ đang hối hả cứu một ai đó đang bị đuối trên biển cách bờ biển một khoảng nhất định nào đó. Con đường nhanh nhất để cô ta tới chỗ nạn nhân sẽ là chạy dọc theo bờ biển trước, để giảm thiểu thời gian cô ta sẽ phải bơi trong nước, vì bơi trong nước thì chậm hơn chạy trên bờ.

Trong nghiên cứu trên, các nhà nghiên cứu đã thu gom những đàn kiến lửa nhỏ - một trong số 100 loài xâm lấn nhất trên thế giới – tại các địa điểm ở Israel. Mỗi đàn chứa vài nghìn kiến thợ và vài kiến chúa. Đàn kiến được bố trí vào một góc đất rào, và đội nghiên cứu đặt những con gián ở góc đối diện để làm nguồn thức ăn cho chúng. Để bò tới chỗ mấy con gián, đàn kiến phải băng qua một khu cỏ có phủ những vật liệu khác nhau: nỉ mềm, nỉ nhám hoặc một mặt kính. Các nhà khoa học đã kiểm tra đàn kiến trên những bề mặt gồm những cặp vật liệu này đặt cạnh nhau (kính và nỉ nhám, kính và nỉ nhẵn, nỉ nhẵn và nỉ nhám).

Đàn kiến bò trên vật liệu kính nhanh hơn bò trên mỗi loại nỉ, và chúng bò trên nỉ nhẵn nhanh hơn bò trên nỉ nhám.

Nghiên cứu tìm thấy trên đường tới buổi tiệc của chúng, đàn kiến không bò theo lộ trình trực tiếp nhất. Thay vậy, chúng bò theo một lộ trình xiên góc, bò trên vật liệu nhẵn đoạn dài hơn để tới chỗ thức ăn trong thời gian nhanh nhất. Kết quả trên chứng minh rằng nguyên lí Fermat của sự truyền ánh sáng cũng áp dụng được cho sinh vật sống, các nhà nghiên cứu kết luận.

Đàn kiến dựa theo vết chất pheromone để tìm đường đi của chúng. Các nhà nghiên cứu cho biết vết hóa chất trên ban đầu có thể là ngẫu nhiên, nhưng sau đó sẽ tụ lại theo lộ trình giảm thiểu thời gian. Quá trình này minh họa cho sự tự tổ chức và tiến hóa, trong đó mọi lộ trình khả dĩ đều quy về lộ trình nhanh nhất.

Tuy nhiên, đàn kiến có những hạn chế của chúng. Trên những đoạn đường ngắn hơn, chung không chọn tốt lắm đường đi nào nhanh nhất, có lẽ bởi vì có nhiều pheromone hơn trong mỗi khu vực.

Nghiên cứu công bố trên số ra ngày 20 tháng 3 của tạp chí PLOS ONE.

Nguồn: Tanya Lewis (LiveScience)

Vui lòng ghi rõ "Nguồn Thuvienvatly.com" khi đăng lại bài từ CTV của chúng tôi.

Nếu thấy thích, hãy Đăng kí để nhận bài viết mới qua email
Tin tức vật lý
Downlaod video thí nghiệm

Các bài khác


Photon là gì?
25/07/2021
Là hạt sơ cấp của ánh sáng, photon vừa bình dị vừa mang đầy những bất ngờ. Cái các nhà vật lí gọi là photon, thì những
Lược sử âm thanh
28/02/2021
Sóng âm: 13,7 tỉ năm trước Âm thanh có nguồn gốc từ rất xa xưa, chẳng bao lâu sau Vụ Nổ Lớn tĩnh lặng đến chán ngắt.
Đồng hồ nước Ktesibios
03/01/2021
Khoảng năm 250 tCN. “Đồng hồ nước Ktesibios quan trọng vì nó đã làm thay đổi mãi mãi sự hiểu biết của chúng ta về một
Tic-tac-toe
05/12/2020
Khoảng 1300 tCN   Các nhà khảo cổ có thể truy nguyên nguồn gốc của “trò chơi ba điểm một hàng” đến khoảng năm 1300
Sao neutron to bao nhiêu?
18/09/2020
Các nhà thiên văn vật lí đang kết hợp nhiều phương pháp để làm hé lộ các bí mật của một số vật thể lạ lùng nhất
Giải chi tiết mã đề 219 môn Vật Lý đề thi TN THPT 2020 (đợt 2)
04/09/2020
250 Mốc Son Chói Lọi Trong Lịch Sử Vật Lí (Phần 96)
04/09/2020
Khám phá Hải Vương tinh 1846 John Couch Adams (1819–1892), Urbain Jean Joseph Le Verrier (1811–1877), Johann Gottfried Galle (1812–1910) “Bài
250 Mốc Son Chói Lọi Trong Lịch Sử Vật Lí (Phần 95)
04/09/2020
Các định luật Kirchhoff về mạch điện 1845 Gustav Robert Kirchhoff (1824–1887) Khi vợ của Gustav Kirchhoff, Clara, qua đời, nhà vật

360 độ

Vật lý 360 độ là trang tin nhanh, trao đổi chuyên đề vật lý và các khoa học khác cũng như các nội dung liên quan đến dạy và học.
Hi vọng các bạn giúp chúng tôi bằng cách đăng kí làm CTV.
Liên hệ: banquantri@thuvienvatly.com