Kiến lửa từ lâu đã là nỗi khiếp đảm chung của loài người, nhưng về mặt khoa học, chúng lại là đối tượng nghiên cứu ưa thích về đặc tính tập thể. Khi đứng riêng lẻ, chúng quả thật là những sinh vật yếu ớt, nhưng khi ở đủ gần với số lượng đủ lớn, chúng gắn kết với nhau như một thể hoàn chỉnh, thể hiện cả đặc tính rắn và lỏng. Bạn không nghe lầm đâu, một đàn kiến có thể tạo thành bè để "bơi" trên mặt nước, tự sắp xếp thành một tòa tháp, và thậm chí có thể chảy ra từ vòi của một ấm trà.
Mỗi con kiến có một mức kháng nước nhất định, đặc tính này trở nên mạnh hơn khi chúng kết hợp với nhau, dệt thành một tấm vải không thấm nước. Khi lũ đến, những con kiến thu thập tất cả số trứng trong tổ, trèo lên mặt đất thông qua hệ thống đường hầm phức tạp, sau đó binh đoàn kiến dùng hàm và chân bám chặt vào cơ thể nhau để tạo ra một cấu trúc dày đặc bằng phẳng.
Chiếc bè kiến sau lũ
Mỗi cá thể kiến lúc này như một phân tử trong vật chất, như hạt cát trong biển cát. Và tốc độ từ lúc đàn kiến tạo bè cho đến khi đại hồng thủy đến là chưa đến 100 giây. Một điều phi thường khác là chiếc bè kiến có khả năng tự hồi phục như anh chàng người sói Wolverine, nếu không may một vài chú kiến bị nước cuốn trôi, chiếc bè sẽ nhanh chóng lấp chỗ trống và hoạt động ổn định trong nhiều tháng.
Vào năm 2019, Ko và đồng nghiệp báo cáo rằng đàn kiến có thể cảm nhận những thay đổi do áp lực dòng chảy lên chiếc bè, sau đó chúng sẽ tự điều chỉnh lại cấu trúc để duy trì tính ổn định cho chiếc bè kiến.
Theo nguyên lý thông thường, khi mái chèo chạm nước sẽ tạo hàng loạt xoáy nước, khiến chiếc bè xoay tròn. Ngoài ra, những vòng xoáy này cũng tác động thêm lực vào bè, tăng nguy cơ vỡ bè. (Trong điều kiện phòng thí nghiệm, những thay đổi về cả lực ly tâm và lực cắt tác động lên bè là khá nhỏ - có thể chỉ bằng từ 2 % đến 3 % trọng lực bình thường.) Tuy nhiên, bằng cách nào đó, những con kiến vẫn có thể cảm nhận được những thay đổi nhỏ này với cơ thể của chúng và chủ động điều chỉnh.
Làm thế nào chúng có thể phối hợp nhịp nhàng và linh động như vậy? Về cơ bản, chiếc bè gồm hai lớp riêng biệt. Lớp dưới đóng vai trò nền móng cho chiếc bè, còn ở lớp trên những con kiến có thể tự do di chuyển với những quả trứng trên phần thân của đồng đội mình. Đôi khi kiến ở trên có thể xuống dưới, và ngược lại kiến ở dưới có thể lên trên giống như chuyển động của chiếc máy chạy bộ. Nghiên cứu của Đại học Colorado tập trung nhiều vào động lực học tập thể hơn là tính liên kết giữa các cá thể kiến như nghiên cứu của Ko.
Ở thí nghiệm thứ hai, Ko và nhóm nghiên cứu Georgia Tech của ông đã thực hiện một loạt 72 thí nghiệm với số lượng kiến tạo bè dao động trong nhóm từ 2 đến 158 con. Họ đặt từng nhóm lên mặt nước trong một bể cá nhỏ và sau đó ghi hình lại.
“Khi chúng tôi đặt hai con kiến lên mặt nước, chúng không đi về phía nhau. Ngạc nhiên hơn, khi vô tình chạm trán nhau, chúng không những không tạo liên kết mà còn đẩy nhau xa hơn. Từ đó, nhóm tôi kết luận không tồn tại lực hấp dẫn chủ động giữa những con kiến”, Ko cho biết.
Sau đó nhóm Ko chuyển sang giả thuyết khác là hiệu ứng Cheerios. Đây cũng là cơ chế tồn tại nhiều trong tự nhiên, chẳng hạn như những hạt phấn hoa dính chặt nổi trên mặt ao hoặc nhiều đồng xu nhỏ nổi trong bát nước. Một bài báo năm 2005 trên tạp chí Vật lý Mỹ đã tìm ra quy luật sau cơ chế này là sự kết hợp của lực nổi, sức căng bề mặt và "hiệu ứng khum".
Hiện tượng này cũng xảy ra với ngũ cốc cheerios trong bát sữa. Khối lượng của cheerios không đủ để phá vỡ sức căng bề mặt của sữa khiến nó bị chìm xuống, nhưng lại đủ để tạo ra một vết lõm trên đó, và nếu hai chiếc cheerios đủ gần nhau thì chúng sẽ tự nhiên trôi về phía nhau do bề mặt thấp hơn. Các vết lõm càng nhiều thì chúng càng kết tụ với nhau nhiều hơn. Cứ thả một viên cheerios vào thì nó lại bị hút vào vùng trũng đó.
Thời gian cũng là yếu tố quan trọng. “Nếu thời gian thí nghiệm dài, đàn kiến có thể làm mọi chuyện thông minh hơn, như thay đổi và mở rộng cấu trúc chân giả để vừa thả neo chiếc bè vừa vận chuyển kiến lên bờ.
Đàn kiến cần thời gian để nhận ra gần chúng có một cá thể khác đồng thời thu thập thông tin cảm quan xung quanh để hành động thông minh. Nếu giới hạn thời gian còn 5 phút, chúng sẽ cư xử ngu ngốc và độc lập, tan rã vì không thể tạo ra hiệu ứng cheerios”, Ko nói.
>>>Làm sao để trị loài kiến điên làm mù mắt thỏ, xua đuổi cả chim?
Nguồn: Arstechnica; Nat Geo Wild
[IMG alt="
Bí quyết giúp sinh vật nhỏ bé này sống sót sau những trận bão lũ lịch sử?"]https://cdn.vnreview.vn/589824_7084...416ac97a0b057e8da8626df03bd0&width=1080[/IMG]
Khía cạnh khoa học hấp dẫn này đã trở thành tiền đề để Hungtang Ko, hiện là nghiên cứu sau tiến sĩ tại Đại học Princeton, nghiên cứu sâu hơn tính vật lý của bè kiến lửa. Trong hai bài nghiên cứu được xuất bản gần đây, bài đầu được đăng trên tạp chí Bioinspiration and Biomimetics (B&B) nghiên cứu cách hoạt động của bè kiến lửa trong nước chảy so với điều kiện nước tĩnh. Nội dung bài thứ hai nói về cách kiến lửa kết hợp với nhau để tạo thành bè ngay từ đầu.Bí quyết giúp sinh vật nhỏ bé này sống sót sau những trận bão lũ lịch sử?"]https://cdn.vnreview.vn/589824_7084...416ac97a0b057e8da8626df03bd0&width=1080[/IMG]
Bí ẩn sau chiếc bè sống
Bí mật đằng sau những chiếc bè sống được nhóm ông đặt tên là "Cheerios effect" (hiệu ứng Cheerios). Cái tên Cheerios xuất phát từ hiện tượng khi những viên ngũ cốc Cheerios còn sót lại trong bát sữa tự động kết tụ lại với nhau, sau đó trôi về giữa hoặc cạnh ngoài.Mỗi con kiến có một mức kháng nước nhất định, đặc tính này trở nên mạnh hơn khi chúng kết hợp với nhau, dệt thành một tấm vải không thấm nước. Khi lũ đến, những con kiến thu thập tất cả số trứng trong tổ, trèo lên mặt đất thông qua hệ thống đường hầm phức tạp, sau đó binh đoàn kiến dùng hàm và chân bám chặt vào cơ thể nhau để tạo ra một cấu trúc dày đặc bằng phẳng.
Chiếc bè kiến sau lũ
Mỗi cá thể kiến lúc này như một phân tử trong vật chất, như hạt cát trong biển cát. Và tốc độ từ lúc đàn kiến tạo bè cho đến khi đại hồng thủy đến là chưa đến 100 giây. Một điều phi thường khác là chiếc bè kiến có khả năng tự hồi phục như anh chàng người sói Wolverine, nếu không may một vài chú kiến bị nước cuốn trôi, chiếc bè sẽ nhanh chóng lấp chỗ trống và hoạt động ổn định trong nhiều tháng.
Vào năm 2019, Ko và đồng nghiệp báo cáo rằng đàn kiến có thể cảm nhận những thay đổi do áp lực dòng chảy lên chiếc bè, sau đó chúng sẽ tự điều chỉnh lại cấu trúc để duy trì tính ổn định cho chiếc bè kiến.
Theo nguyên lý thông thường, khi mái chèo chạm nước sẽ tạo hàng loạt xoáy nước, khiến chiếc bè xoay tròn. Ngoài ra, những vòng xoáy này cũng tác động thêm lực vào bè, tăng nguy cơ vỡ bè. (Trong điều kiện phòng thí nghiệm, những thay đổi về cả lực ly tâm và lực cắt tác động lên bè là khá nhỏ - có thể chỉ bằng từ 2 % đến 3 % trọng lực bình thường.) Tuy nhiên, bằng cách nào đó, những con kiến vẫn có thể cảm nhận được những thay đổi nhỏ này với cơ thể của chúng và chủ động điều chỉnh.
Cấu trúc của chiếc bè
Đầu năm nay, các nhà nghiên cứu tại Đại học Colorado, thành phố Boulder đã tìm ra một số nguyên tắc chi phối cách bè kiến co lại hoặc mở rộng hình dáng của nó. Đôi khi chiếc bè sẽ là những vòng tròn dày đặc kiến, lúc khác đàn kiến lại tản ra để tạo hành phần mở rộng giống cây cầu (hay còn gọi là chân giả), rồi dùng phần mở rộng này để thoát khỏi vật cản nào đó.Làm thế nào chúng có thể phối hợp nhịp nhàng và linh động như vậy? Về cơ bản, chiếc bè gồm hai lớp riêng biệt. Lớp dưới đóng vai trò nền móng cho chiếc bè, còn ở lớp trên những con kiến có thể tự do di chuyển với những quả trứng trên phần thân của đồng đội mình. Đôi khi kiến ở trên có thể xuống dưới, và ngược lại kiến ở dưới có thể lên trên giống như chuyển động của chiếc máy chạy bộ. Nghiên cứu của Đại học Colorado tập trung nhiều vào động lực học tập thể hơn là tính liên kết giữa các cá thể kiến như nghiên cứu của Ko.
[IMG alt="
Bí quyết giúp sinh vật nhỏ bé này sống sót sau những trận bão lũ lịch sử?"]https://cdn.vnreview.vn/917504_7084...17161dbb5fd14f24d037b64f0e5d&width=1080[/IMG]
Trong thí nghiệm xem xét cách loài kiến điều chỉnh cấu trúc theo điều kiện dòng nước, Ko phát hiện đàn kiến sử dụng chiến lược tạo hình thuôn dài, nhằm giảm áp lực cản. Hình dạng này mang lại lợi thế nhiều về tốc độ và độ hiệu quả trong môi trường lỏng hơn là hình dạng tròn ban đầu.Bí quyết giúp sinh vật nhỏ bé này sống sót sau những trận bão lũ lịch sử?"]https://cdn.vnreview.vn/917504_7084...17161dbb5fd14f24d037b64f0e5d&width=1080[/IMG]
Ở thí nghiệm thứ hai, Ko và nhóm nghiên cứu Georgia Tech của ông đã thực hiện một loạt 72 thí nghiệm với số lượng kiến tạo bè dao động trong nhóm từ 2 đến 158 con. Họ đặt từng nhóm lên mặt nước trong một bể cá nhỏ và sau đó ghi hình lại.
Hiệu ứng Cheerios
Ko ban đầu đặt giả thuyết rằng kiến lửa bản chất đã rất giỏi trong việc xác định vị trí của nhau và chủ động tạo liên kết với đồng loại trên mặt nước. Nếu hai cá thể ở xa nhau, chúng sẽ tự hút lẫn nhau, gần giống như hai cực nam châm. Càng xa thì lực hút càng mạnh. Song mọi thứ không vận hành theo nguyên tắc như vậy.“Khi chúng tôi đặt hai con kiến lên mặt nước, chúng không đi về phía nhau. Ngạc nhiên hơn, khi vô tình chạm trán nhau, chúng không những không tạo liên kết mà còn đẩy nhau xa hơn. Từ đó, nhóm tôi kết luận không tồn tại lực hấp dẫn chủ động giữa những con kiến”, Ko cho biết.
Sau đó nhóm Ko chuyển sang giả thuyết khác là hiệu ứng Cheerios. Đây cũng là cơ chế tồn tại nhiều trong tự nhiên, chẳng hạn như những hạt phấn hoa dính chặt nổi trên mặt ao hoặc nhiều đồng xu nhỏ nổi trong bát nước. Một bài báo năm 2005 trên tạp chí Vật lý Mỹ đã tìm ra quy luật sau cơ chế này là sự kết hợp của lực nổi, sức căng bề mặt và "hiệu ứng khum".
Hiện tượng này cũng xảy ra với ngũ cốc cheerios trong bát sữa. Khối lượng của cheerios không đủ để phá vỡ sức căng bề mặt của sữa khiến nó bị chìm xuống, nhưng lại đủ để tạo ra một vết lõm trên đó, và nếu hai chiếc cheerios đủ gần nhau thì chúng sẽ tự nhiên trôi về phía nhau do bề mặt thấp hơn. Các vết lõm càng nhiều thì chúng càng kết tụ với nhau nhiều hơn. Cứ thả một viên cheerios vào thì nó lại bị hút vào vùng trũng đó.
[IMG alt="
Bí quyết giúp sinh vật nhỏ bé này sống sót sau những trận bão lũ lịch sử?"]https://cdn.vnreview.vn/851968_7084...9b97d180a334acfd532703b1ece4&width=1080[/IMG]
Quy tắc trên cũng áp dụng với loài kiến lửa khi tránh lũ. Thực tế, nếu có ít hơn 10 con kiến, cho dù chúng có tạo bè 10 con thì nó cũng chỉ kéo dài vài phút rồi tan do cơ chế tự đẩy nhau của cá thể kiến. Tuy nhiên, nếu có hơn 10 con, hiệu ứng cheerios lúc này đủ mạnh để đàn kiến không thể thoát ra khỏi nhau. Con số 10 chính là ngưỡng quan trọng cho sự thành bại của một chiếc bè kiến. “Hóa ra ở giai đoạn đầu, chính lực vật lý mang những cá thể kiến lại với nhau dù chúng không ngừng chống trả”, Ko nói.Bí quyết giúp sinh vật nhỏ bé này sống sót sau những trận bão lũ lịch sử?"]https://cdn.vnreview.vn/851968_7084...9b97d180a334acfd532703b1ece4&width=1080[/IMG]
Thời gian cũng là yếu tố quan trọng. “Nếu thời gian thí nghiệm dài, đàn kiến có thể làm mọi chuyện thông minh hơn, như thay đổi và mở rộng cấu trúc chân giả để vừa thả neo chiếc bè vừa vận chuyển kiến lên bờ.
Đàn kiến cần thời gian để nhận ra gần chúng có một cá thể khác đồng thời thu thập thông tin cảm quan xung quanh để hành động thông minh. Nếu giới hạn thời gian còn 5 phút, chúng sẽ cư xử ngu ngốc và độc lập, tan rã vì không thể tạo ra hiệu ứng cheerios”, Ko nói.
>>>Làm sao để trị loài kiến điên làm mù mắt thỏ, xua đuổi cả chim?
Nguồn: Arstechnica; Nat Geo Wild
