アリのコロニーが巣を作って維持する方法

巣は自然界でいろんな形で見つかるし、シェルターや保管、地元の環境を調整するために役立ってるんだ。いろんな種類の巣がある中で、特に面白いのはアリみたいな社会性昆虫が作る巣。これらの巣は、作り方や機能が複雑なんだ。アリは地面を掘ったり、周囲を変えたりして巣を作る。巣は木の中や地下にあることもあるよ。

以前の研究では、これらの巣の構造は個々のアリとその環境との相互作用によって形成されることがわかってる。このプロセスは中央のリーダーなしで起こり、生き物が自然に自分たちを組織できることを示してるんだ。

#研究の焦点

過去のアリの巣の作り方に関する研究は、確立されたアリのグループに焦点を当てて、短期間を見てきたんだ。この研究では、特定のサイズのアリのグループで、巣の体積は人口が増えるにつれて予測可能な方法で成長することがわかった。これにより、アリたちは巣がどれくらい混雑しているかを感じ取り、それに基づいて掘る量を変えることができると考えられるようになった。ただし、これが簡単な巣を持つ小さなアリのグループでは機能するかもしれないけど、特定のエリアにアリが集まる大きくて複雑な巣では、アリたちが巣の混雑具合を評価するのは難しいかもしれない。その場合、掘る量は近くからアリを呼び込むことや湿度や香りのような要因によって増加することがある。

アリのコロニーには異なる年齢のアリがいる。アリが年を取るにつれて、仕事が変わることが知られている。でも、発展中のコロニーでどの年齢層が掘るのを手伝っているかは不明なんだ。アリのコロニーには繁殖するアリと働くアリがいて、これらのタイプはお互いにタスクを共有することができる。巣の発展を考えるとき、コロニーの構成は重要なんだ。

アリの巣を考える一つの方法は、コロニーを一つのユニットとして見ること。そう考えると、巣はコロニーの骨格のように機能する。骨が成長して治癒する様子にインスパイアされて、アリの巣のサイズが通常のコロニー成長中や損傷後にどのように管理されるのかを理解したかったんだ。主な質問に焦点を当てた：

1. コロニーはどのようにして女王から大きなグループに変わると同時に、人口と巣の成長を維持するのか？
2. コロニーは損傷後に巣のサイズをどのように回復するのか？
3. どのアリが掘りに関与していて、上記の2つのケースで違いはあるのか？

これらの質問に答えるために、特定の種類のアリ、Camponotus fellahを使った2セットの実験を行った。最初の実験「コロニーの成熟」では、コロニーが女王から完全に発展したコロニーになるまでの成長を見た。これらのコロニーを長期間にわたって監視した。2つ目の実験「固定人口」で、既知のサイズと年齢のアリのグループによる掘りを調べ、崩壊後に巣のサイズをどのように回復するのか、どの年齢層が掘りに関与しているのかを探った。

#巣と実験の設定

すべての実験は、アクリル板で作られた二次元の巣で行った。巣のサイズは面積で測定し、設置の厚さを使って体積に変換できる。2種類の掘りの実験を作成した：コロニーの成長に伴う巣の掘りを追跡するものと、特定のアリのグループによる掘りに焦点を当てたものだ。

#実験システムと巣の構造

細かい砂で満たされた大きな巣のフレームを使い、構造を助けるために湿った状態に保った。水は砂を通って動き、湿っていてしっかりした状態を保った。各実験は、単一の交尾した女王アリといくつかの蛹を巣に導入することから始まった。これにより、巣がどのように掘られ、コロニーが最初からどのように成長するのかを観察できた。実験は、女王が死ぬか崩壊して動けなくなるまで続けた。

2つ目の実験では、特定のサイズのアリのグループに焦点を当てた。働きアリの年齢を10ヶ月にわたって追跡し、若いアリと年老いたアリの数を変えて掘り方を見た。

#アリのコロニーと巣の成長

最初の一連の実験では、アリのコロニーと巣が同時に成長する様子を見ることができた。全ての場合で、アリの数が増えるにつれて巣のサイズも大きくなった。最初は、創設者の女王がほとんど掘っていた。働きアリが蛹から出始めると、彼女は掘るのをやめた。しかし、最初の働きアリはその時少ないアリがいたため、あまり掘らないかもしれない。もっと多くの働きアリが現れると、巣のサイズが増加したけど、成長の量は巣によって異なっていた。

この期間中、人口のサイズが増加すると、掘られた合計面積も上昇した。初期のアリの人口の成長は巣の掘りの変化に続くパターンを示し、巣のサイズは存在するアリの数に直接影響されることを示唆していた。

#年齢と巣の掘り

実験中、異なる年齢層のアリが掘りにおいて異なる役割を果たすことが明らかになった。同じ年齢のアリがテストされた場合、若いアリは年老いたアリよりも多く掘る傾向があった。この違いは、年齢に基づいてどれくらいの面積が掘られたかを見たときに明らかになった。若いアリは、年老いたアリと比べて大きな巣の面積を創り出すことがわかった。

安定したサイズに達した後、巣に崩壊を誘発してアリがどのように反応するかを見た。崩壊した後、全ての年齢のアリが失ったスペースを回復するために掘り始めたが、特定の面積に達すると掘るのをやめた。

#年齢の掘りへの影響

全体的に見て、我々の発見は、若いアリが掘りのタスクにもっと積極的であり、年老いたアリはあまり貢献しないことを示している。このアイデアは、物理的な違いだけがコロニー内のタスクの役割を決定するという以前の考えに挑戦するものだ。代わりに、我々の結果は、若いアリが主に通常の巣の拡張を担当していることを示している。

#巣の構造

我々の実験で作られた巣の構造は、コロニーが成熟しているか、固定されたアリのグループによるかで異なっていた。成熟したコロニーでは、巣はしばしば上部に大きな部屋を持ち、成長する人口に対するスペースを増やす役割を果たしていた。これらの部屋は、アリが移動しやすいように分岐するトンネルで満たされていた。一方、固定人口の実験では、そのような大きな部屋を欠いた巣が作られたのは、若いアリと女王がいなかったためだろう。

トンネルの向きも異なっていた。成熟したコロニーでは、トンネルは斜めの傾向があり、古いコロニーはより真っ直ぐ下に向いたトンネルを示していた。これは掘るアリの年齢や掘りの習慣を反映していた。

#グループサイズと行動

アリのグループのサイズは、コロニーがどのように機能するかに重要な役割を果たす。異なるサイズのグループは、食べ物を見つけたりタスクを共有したりコミュニケーションを取るスタイルが異なる。しかし、コロニーが成長を始めた直後の行動の変化についてはあまり理解されていない。成長中のコロニーは、固定されたアリのグループとは異なる行動変化を示すかもしれない。

アリが巣を掘る方法に関するほとんどの既存の研究は短期的で、固定されたアリのサイズに焦点を当ててきた。我々の長期的な研究では、通常の状態と緊急時の巣の構築における多くの違いを特定するのに役立った。

#重要な発見

#アリは巣のサイズを管理する

アリのコロニーは、そこに住んでいるアリの数に応じて巣のサイズを管理している。新しいアリが加入すると、巣の全体的な面積は増え、若いアリがほとんど掘りを行う。巣が損傷したり急速に拡張が必要な場合、全ての年齢のアリが掘りに協力することがある。

#巣の構造の違い

通常の状況で作られた巣は、緊急時に作られたものと比べて体積が大きく、構造が異なる。十分に発展した巣はコロニーの歴史や経験を示し、過去の条件がその建築様式にどのように影響を与えてきたかを示している。

#年齢依存の掘り

アリの年齢は、どれくらい掘りのタスクに参加するかに影響を与える。若いアリはより多く掘り、大きなスペースを作る傾向があり、年老いたアリはあまり掘らない。このことは、年齢がコロニー内のアリのタスクの分担において重要な要素であることを示している。

#結論

まとめると、アリのコロニーの構成は、巣の作り方や維持に重要な影響を与える。異なる年齢層が掘りにどのように関与しているか、また巣の構造の全体的な発展は、アリのコロニーがどのように一緒に機能するのかを明らかにしている。コロニー内の年齢に基づく責任は、経験に基づいて役割を適応させる彼らの素晴らしい能力を強調し、最終的には彼らの生活環境を形作る。これらのダイナミクスを理解することで、社会性昆虫やその巣作り行動の魅力的な世界へのより深い洞察が得られる。