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 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)