Zorganizovaní mravenci

Mravenci při hledání potravy používají účinnou techniku

Plnili jste někdy jako třída nějaký společný úkol? Jestliže ano, asi si vzpomenete, že když se má domluvit více než 20 lidí, bývá to často dost obtížné. A teď si představte takové mravence, kteří žijí v mraveništích i o milionech členů. Navíc mravenci nejsou žádní géniové, jejich mozečky jsou velmi malinké a jsou schopné zvládnout pouze několik základních úkonů.

Jak je tedy možné, že mraveniště fungují naprosto bezchybně? Můžeme si to například ukázat na schopnosti vyhledat potravu. Asi jste si všimli, že jakmile někde venku necháte kousek něčeho sladkého, jakmile to jeden mravenec objeví, máte brzy v koši skoro celé mraveniště. Jak je to možné? Vždyť přece nemají mapu, ani nevidí a necítí víc než na několik centimetrů daleko natož, aby si byli schopní něco říct.

Při následující aktivitě si žáci vyzkouší, jak mravenci sledují feromonové stopy.

1. Pro přípravu namočte 2-3 kusy 1-1,5 m dlouhých konopných nebo bavlněných provazů silně vonícím těkavým olejem (např. mátovým).

2. Požádejte 2-3 děti (podle počtu provazů), aby byly „mravenci“. Zavažte jim oči. Položte lana na zem tak, aby mírně zatáčela.

3. Nechte žáky, aby si klekli na kolena a naveďte jejich nosy na konec jednoho provazu. Jejich úkolem je jít po „svém“ lanu po čichu, aniž by viděli nebo se dotkli lana. 

1.      Vezmeme nějakou výraznou vůni ve spreji (voňavka, ocet nebo směs s esenciálním olejem) a připravíme s ní trasu dlouhou několik desítek metrů tak, že vždy nastříkáme (zhruba ve výšce hlavy našich žáků) trošku vůně na vybrané předměty ve směru naší trasy (ideálně na stromy nebo jiné vyvýšené místa). Cíl by měl být někde, za rohem, kam není ze startu vidět.

2.      Postupně přivádíme žáky na začátek trasy a necháváme je, aby šli po „feromonové“ trase až do cíle,, kde můžeme umístit např. nějakou sladkou odměnu. V cíli pak potichu čekají ti, co už dorazili.

Pokud můžeme tuto aktivitu provozovat v nějakém lesíku, můžeme ji pozměnit. Voňavou trasu, značenou na kmenech stromů, uděláme dostatečně těžkou (větší vzdálenosti mezi navoněnými kmeny) a vypustíme na start zhruba šestičlenné skupinky. Dokážou se žáci během společného hledání domluvit nebo s tím mají potíže?

Vysvětlení

Klíčem k úspěchu (nejen) při hledání potravy je u mravenců jejich schopnost se dokonale zorganizovat („domluvit“) na základě naprosto jednoduchých pokynů, které každý mravenec plní, když se dostane do určité situace.

Ukažme si to právě na jejich způsobu pátrání po potravě. Mravenci nemají v tomto ohledu sice žádné speciální „superschopnosti“, ale to jim nevadí. Stačí jim, že dokáží vydávat specifické vůně (nazývané feromony), které ostatní mravenci z mraveniště dobře poznají a dokážou po nich jít jako po stopě (podobně jako dokáže jít po stopě zvěře pes).

Když mravenci vycházejí z hnízda, aby pátrali po potravě, různě náhodně běhají, ale vždy při tom za sebou zanechávají feromonovou vůni. Pokud mravenec narazí na něco k snědku, vezme co unese a následuje svou vlastní (feromonovou) stopu zpět do hnízda a při tom zase vypouští další feromonovou vůni. Poté je tedy tato stopa asi dvakrát silnější než ostatní stopy na zemi, které zanechávají jeho zatím marně hledající (po potravě) kolegové. Mravenci mají jednoduché pravidlo, které zní, pokud narazíte na feromonovou stopu, která je silnější než ta vaše, chytněte se ji. Takto nakonec celá mravenčí kolonie objeví cestu k vašemu chlebu s medem, bez mapy a bez vůdce.

Podívejte se na 4 obrázky výše. Čtyři mravenci průzkumníci začnou hledat potravu a zanechávají za sebou feromonové cestičky.

• Obrázek 1: Mravenec A našel jídlo a jde zpátky stejnou cestou, čímž zdvojnásobil feromonovou stopu.
• Obrázek 2: Mravenec D našel výraznější trasu a následuje jí.
• Obrázek 3: Mravenec C také našel hlavní trasu
• Obrázek 4: Mravenec B našel jídlo z druhé strany a označuje k němu novou cestu.

Ve světě internetu a počítačového kódování obecně se často používají metody s podobně jednoduchými pravidly jako u mravenců. Vývojáři se proto u mravenců často inspirují k dalším vylepšením. Můžeme si to ukázat na příkladu toho, jakým způsobem se řeší vyhledávání na internetu. Cesty, kterými jsou zadaná hesla vyhledávána, se také s rostoucím počtem jejich využití posilují (stejně jako feromony na cestičkách mravenců). Takže když si pak třeba na youtube zadáte do vyhledávání slovo youtuber, na prvních místech vám to vyhledá ty nejvyhledávanější, protože k nim aktuálně vedou nejsilnější „cestičky“. To je stejné jako u mravenců, kde k nejsilnějším zdrojům potravy vedou nejsilnější feromonové stopy, a tím se zvyšuje pravděpodobnost, že je bude následovat nejvíce mravenců.

Možností využití mravenčích systémů je ale spousta, tak např. některé dopravní společnosti dnes (např. Air Liquide) používají počítačové programy inspirované mravenci k nalezení kratších cest pro své dodávky. Inspiraci u mravenců také hledají vesmírní inženýři, kteří se snaží vyvíjet své vesmírné roboty tak, aby jejich systém fungování byl co nejjednodušší, a tedy i málo náchylný na poškození.

Některé možnosti propojení s výukou:

• Pozorování a kladení otázek o tom, jak se některá zvířata přizpůsobují.
• Analýza výhod a nevýhod různých druhů adaptace nebo chování zvířat.
• Pochopit použití sekvence, výběru a opakování v programování.
• Použít logické uvažování k vysvětlení, jak jednoduché algoritmy fungují.

Mohli byste někde využít způsob, jak mravenci pátrají po jídle, vy sami?

Zjistěte víc o tom jak mravenci hledají potravu (v angličtině) (find out more).