アリの自己組織化のパターン

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る。これはアリの自己組織化のさまざまなパターンを説明する試みである。^[1]

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上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の結果として生じます。コロニーのニーズについて普遍的な知識を持つ働きアリはいません。個々の働きアリは、自分のローカルな環境にのみ反応します。このため、アリはソフトウェアエンジニアリング、ロボット工学、工業デザイン、および複雑なタスクを実行するために多数の単純な部品が連携するその他の分野のデザインにおいて、人気のインスピレーションの源となっています。^[2]

アリや他の社会性昆虫における自己組織化の現在最も一般的なモデルは、応答閾値モデルです。特定のタスクの閾値とは、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す。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好みが少なくなります。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っているため、特定の働きアリは 1 つ以上のタスクを優先的に実行する専門家として機能します。閾値レベルは、いくつかの要因によって影響を受ける可能性があります。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に頻繁に切り替えるため)、^[3]サイズ (大きな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 (怪我があると若い働きアリが巣外作業に早く切り替える可能性があるため)、^[3]またはランダムに分布している可能性があります。タスクの需要が増加すると、閾値が満たされる働きアリの割合も増加します。需要が減少すると、閾値が満たされる働きアリの数が少なくなり、そのタスクに割り当てられる働きアリの数も少なくなります。このように、単純な個々のルールによって、多様な環境での大規模な作業の規制が可能になります。このシステムは、さまざまな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につながります。

これは、閾値に達したときにシステム全体が新しい安定したパターンに瞬時に移行することです。 分岐は、多くの安定状態が可能である多重安定性としても知られています。^[4]

パターンタイプの例:

1. 無秩序なパターンと秩序あるパターンの間の遷移
2. 多くの食料源の均等な使用から 1 つの食料源への移行。
3. 分岐した巣の通路の形成。
4. 逃げるアリによる 1 つの出口のグループ選択。
5. 足を掴み合う連鎖形成。

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:

1. 物理的な接触による機械的活性化から生じる短い音階のリズム。
2. 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。

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:

1. 物理的な接触によって伝播する警報波。
2. トレイルの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。

自己組織化臨界とは、外部からの刺激なしにイベントが蓄積された結果生じるシステムの突然の混乱である。^[4]

パターンタイプの例:

1. 摂食活動の突然の変化。
2. アリの滴を形成する脚の機械的把持。