蟻群聚落的人口結構影響巢穴建造

核心概念

蟻群的年齡結構會影響巢穴的建造方式，年輕螞蟻負責日常巢穴擴建，而年老螞蟻則在災難後參與重建。

摘要

研究目標：

本研究旨在探討蟻群在自然生長和災難後如何調節巢穴體積，以及不同年齡層螞蟻在其中的角色。

研究方法：

研究人員以 Camponotus fellah 螞蟻為對象，進行了兩組實驗。

• 聚落成熟實驗：追蹤蟻群從單一蟻后發展至成熟聚落的過程，記錄蟻群數量和巢穴面積的變化。
• 固定人口結構實驗：將已知年齡結構的螞蟻（年輕和年老）分成不同大小的群體，觀察其挖掘行為，並在模擬災難後觀察其重建行為。

主要發現：

• 在聚落成熟實驗中，巢穴面積與蟻群數量呈線性關係，顯示蟻群會調節每隻螞蟻的巢穴空間。
• 年輕螞蟻挖掘的巢穴面積顯著大於年老螞蟻，且年輕蟻群挖掘的巢穴面積與同等規模的自然成熟蟻群相似。
• 年輕螞蟻傾向於挖掘傾斜的通道，而年老螞蟻則挖掘垂直的通道。
• 災難發生後，所有年齡層的螞蟻都會參與挖掘，直到巢穴面積恢復至原先的 93%。

主要結論：

• 蟻群的年齡結構對巢穴挖掘至關重要，影響了參與挖掘的螞蟻、巢穴生長動態、每隻螞蟻的巢穴體積，以及巢穴的結構。
• 年齡多型性是蟻群調節巢穴體積的主要機制，年輕螞蟻負責日常巢穴擴建，而年老螞蟻則在災難後參與重建。
• 巢穴結構反映了蟻群過去的經歷和條件，例如，年輕螞蟻較多的時期會出現較多傾斜的通道。

研究意義：

本研究揭示了蟻群年齡結構對巢穴建造的影響，以及年齡多型性在其中的調節作用，為理解社會性昆蟲的行為和巢穴結構提供了新的見解。

研究限制和未來方向：

• 未來研究可以探討其他蟻種的年齡多型性對巢穴建造的影響。
• 可以進一步研究環境因素（如濕度、溫度）對蟻群挖掘行為的影響。

統計資料

在聚落成熟實驗中，蟻后平均挖掘面積為 23.8(±1.7) 平方公分。
在實驗進行到一半時（約第 95 天），蟻群挖掘的平均面積為 100.51(±11.54) 平方公分。
線性擬合結果顯示，蟻群會調節每隻螞蟻約 11 平方公分的巢穴空間。
在固定人口結構實驗中，年輕蟻群和年老蟻群的平均年齡分別為 40 ± 16 天和 171.56 ± 20 天。
災難發生後，所有蟻群都會挖掘，直到巢穴面積恢復至原先的 93 ± 3%。

引述

從以下內容提煉的關鍵洞見

Colony demographics shape nest construction in ants

by Rajendran,H.... 於 www.biorxiv.org 07-13-2024

https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2024.07.09.602713v1

深入探究

除了年齡，還有哪些因素會影響螞蟻在巢穴建造中的角色分工？

除了年齡以外，還有許多因素會影響螞蟻在巢穴建造中的角色分工，主要可分為內在因素和外在因素兩方面：
內在因素:

生理構造: 不同品級的螞蟻擁有不同的生理構造，例如兵蟻體型較大、顎部發達，適合負責搬運重物和防禦，而工蟻則適合負責挖掘、照護幼蟲等工作。即使是同品級的螞蟻，個體之間也可能存在細微的生理差異，進而影響其工作傾向。
基因遺傳: 研究表明，螞蟻的基因會影響其行為傾向，例如某些基因會影響螞蟻對特定氣味的敏感度，進而影響其在巢穴內外的工作分配。
經驗學習: 螞蟻會透過觀察和學習其他螞蟻的行為來調整自身的工作角色，例如年輕的工蟻會模仿年長工蟻的挖掘技巧，並逐漸掌握更複雜的建造任務。
外在因素:

巢穴環境: 巢穴的大小、形狀、濕度、溫度等環境因素都會影響螞蟻的角色分工。例如，當巢穴空間不足時，更多螞蟻會被動員起來參與挖掘工作。
食物資源: 食物資源的多寡和種類也會影響螞蟻的角色分工。例如，當食物充足時，會有更多螞蟻被分配到採集食物的工作中。
外敵威脅: 當蟻群面臨外敵威脅時，兵蟻會被調動到防禦崗位，而工蟻則會加強巢穴的防禦工事。
總而言之，螞蟻的角色分工並非一成不變，而是受到多種因素綜合影響的動態過程。

如果將不同蟻群的螞蟻混合在一起，它們會如何協調巢穴建造？

將不同蟻群的螞蟻混合在一起，它們通常無法協調巢穴建造，反而會產生衝突甚至互相攻擊。這是因為：

蟻群識別: 每個蟻群都有其獨特的化學標記，稱為「蟻群氣味」，由蟻后分泌的費洛蒙以及環境中的其他化學物質組成。螞蟻依靠蟻群氣味來識別同伴，區分敵友。不同蟻群的螞蟻擁有不同的蟻群氣味，因此會被視為入侵者。
資源競爭: 不同蟻群的螞蟻混合在一起會導致資源競爭加劇，包括食物、空間、水源等，進而引發衝突。
行為模式差異: 不同蟻群的螞蟻可能具有不同的行為模式和築巢習慣，難以協調一致的行動。
然而，在某些特殊情況下，不同蟻群的螞蟻也可能出現短暫的合作行為，例如：

共同敵人: 當面臨共同的敵人或威脅時，不同蟻群的螞蟻可能會暫時放下敵意，聯合起來對抗敵人。
資源極度匱乏: 在資源極度匱乏的情況下，不同蟻群的螞蟻可能會被迫共享資源，甚至出現互相幫助的行為。
總體而言，將不同蟻群的螞蟻混合在一起通常會導致衝突和混亂，而非協調合作。

蟻群的這種自我組織行為對人類社會有什麼啟示？

蟻群的自我組織行為展現出高度的效率和適應性，為人類社會提供了許多寶貴的啟示：

去中心化管理: 蟻群沒有中央控制系統，每個個體都根據簡單的規則和周圍環境的資訊做出決策，並透過相互作用形成整體的協調行為。這種去中心化的管理模式可以應用於人類社會的組織管理、交通運輸、物流配送等領域，提高效率和靈活性。
群體智慧: 蟻群的集體決策能力遠超個體智慧的總和，透過資訊共享和正反饋機制，蟻群能夠找到最佳的食物來源、最短的路徑以及最安全的巢穴位置。這種群體智慧的應用前景廣闊，例如可以用於開發高效的演算法、解決複雜的優化問題、設計智慧型的群體機器人等。
分工合作: 蟻群內部有著明確的分工合作機制，每個個體都各司其職，共同完成群體的生存和繁衍任務。這種分工合作的精神對於人類社會的發展至關重要，強調團隊合作、專業分工、協同創新，才能夠應對日益複雜的社會挑戰。
適應性強: 蟻群能夠根據環境變化快速調整自身的行為模式，例如當食物來源發生變化時，蟻群會迅速調整採集路線；當巢穴遭到破壞時，蟻群會迅速組織起來修復巢穴。這種強大的適應能力對於人類社會應對各種突發事件和環境變化具有重要的參考價值。
總而言之，蟻群的自我組織行為為人類社會提供了許多寶貴的啟示，有助於我們構建更加高效、智慧、協調、適應性強的社會系統。