アリは単純な動物であり、その行動レパートリーは10から40の基本行動に限られています。これは、アリにおける様々な自己組織化パターンを説明する試みです。[1]
複雑系としてのアリ
アリのコロニーは自己組織化されたシステムです。複雑な集団行動は、エリート個体や女王からの指示ではなく、単純な一連のルールに従う多数の個体間の相互作用によって生じます。コロニー全体のニーズを普遍的に把握している働きアリは一人もいません。個々の働きアリは、それぞれの局所的な環境にのみ反応します。そのため、アリはソフトウェア工学、ロボット工学、工業デザインなど、多くの単純な部品が連携して複雑なタスクを実行する分野において、デザインにおけるインスピレーションの源として広く用いられています。[2]
アリなどの社会性昆虫における自己組織化のモデルとして、現在最も広く用いられているのは、反応閾値モデルである。特定のタスクに対する閾値とは、フェロモンや他の働きアリとの相互作用など、働きアリが関連するタスクを実行するために必要な刺激の量である。閾値が高いほど、より強い刺激が必要となり、特定のタスクを実行する選好度が低くなる。働きアリはそれぞれ異なるタスクに対して異なる閾値を持つため、特定の働きアリは、1つまたは複数のタスクを優先的に実行するスペシャリストとして機能する。閾値レベルは、いくつかの要因によって影響を受ける。働きアリの年齢（働きアリは年齢とともに巣内作業から巣外作業へ頻繁に切り替えるため）[3]、大きさ（大型の働きアリは防御や種子処理などの異なるタスクを実行することが多いため）、階級、健康（怪我は若い働きアリが巣外作業へより早く切り替えるきっかけとなるため）[3]、あるいはランダムに分布する。タスクに対する需要が増加すると、閾値を満たす働きアリの割合も増加し、需要が減少すると、閾値を満たす働きアリの数が減少し、そのタスクに割り当てられる働きアリの数も減少する。このように、単純な個体ルールによって、多様な環境における大規模な作業制御が可能になります。このシステムは、異なる環境や生活史戦略に応じて進化することもでき、アリに見られる膨大な多様性を生み出します。
分岐
これは、閾値に達した際にシステム全体が新たな安定パターンへと瞬時に遷移する現象です。 分岐は多重安定性とも呼ばれ、複数の安定状態が起こり得ます。[4]
パターンタイプの例:
- 無秩序なパターンと秩序あるパターンの間の遷移
- 多くの食料源の均等な使用から 1 つの食料源への移行。
- 分岐した巣の通路の形成。
- 逃げるアリによる 1 つの出口のグループの優先。
- 足を掴み合う連鎖形成。
同期
異なる活動レベルの個人が相互に刺激し合う振動的な活動パターンは、相互活性化から生じます。[4]
パターンタイプの例:
- 物理的な接触による機械的な活性化から生じる短いスケールのリズム。
- 食糧ニーズと幼生の時間的変化が生殖周期の変化を刺激する長期的なリズム。
自己組織化波
化学的な濃度や機械的変形の進行波。[4]
パターンタイプの例:
- 物理的な接触によって伝播する警報波。
- トレイル敷設活動に作用する食物資源の空間的変化によるトレイルの回転。
自己組織化臨界性
自己組織化臨界とは、外部からの刺激なしにイベントが蓄積されることで生じるシステムの突然の乱れである。[4]
パターンタイプの例:
- 摂食活動の突然の変化。
- アリの液滴を形成する脚の機械的な把握。
参考文献
- ^ 社会性昆虫と自己組織化
- ^ Holbrook, C. Tate; Clark, Rebecca M.; Moore, Dani; Overson, Rick P.; Penick, Clint A.; Smith, Adrian A. (2010-08-23). 「社会性昆虫が人間のデザインにインスピレーションを与える」. Biology Letters . 6 (4): 431– 433. doi :10.1098/rsbl.2010.0270. ISSN 1744-9561. PMC 3226954. PMID 20392721 .
- ^ ab Moroń, Dawid; Witek, Magdalena; Woyciechowski, Michal (2008-02-01). 「アリMyrmica scabrinodisにおける寿命の異なる働きアリ間の分業」 . Animal Behaviour . 75 (2): 345– 350. doi :10.1016/j.anbehav.2007.06.005. ISSN 0003-3472.
- ^ abcd Detrain, C., JL Deneubourg. 2006. 「超生物における自己組織化構造：アリは分子のように「振る舞う」のか？」Physics of Life Reviews（ISSN 1571-0645）。3巻3号、162-187頁。
