E63 Selbstorganisierte räumliche Muster

Thema

Dieses endgültige räumliche Muster innerhalb einer Insektenkolonie – jener Kolonie, die bereits ein anderes Modell des Ganzen etabliert, sei es die endgültige Struktur eines Termitenhügels, die endgültige Position einer Ameise in einer Kette oder die endgültige Verteilung einer Biene in einer Wabe – entsteht im Allgemeinen aus einer spezifischen Selbstorganisation, die folglich durch eine Diffusionsreaktion beschrieben wird.

Die Turing-Instabilität, ursprünglich für eine bestimmte Morphogenese vorgeschlagen, aber stattdessen auf dasselbe soziale System dieser Kolonie anwendbar, sagt daher voraus, dass, wenn ein langsam diffundierender Aktivator seine eigene Produktion und die Produktion eines schnell diffundierenden Inhibitors anregt, ein bestimmtes stabiles räumliches Muster mit einer bestimmten charakteristischen Wellenlänge entsteht. Die Tatsache, dass diese Diffusion des Aktivators noch langsamer ist als die Diffusion des schnellen Inhibitors, bedeutet, dass auch die endgültige charakteristische Wellenlänge dieses stabilen räumlichen Musters noch anders ist.

Das Keller-Segel-Modell beschreibt hingegen, wie die Chemotaxis eines Individuums innerhalb dieser Kolonie – also die Bewegung entlang eines Konzentrationsgradienten eines bestimmten Lockstoffs – zu einer spontanen Aggregation dieser Individuen führen kann, die die Ausbreitung dieses Gradienten überwindet.

Dieses Modell, dessen Selbstorganisation durch die Diffusionsreaktion beschrieben wird, mit der es begann, bewirkt somit, dass die Pheromonspur innerhalb einer Ameisenkolonie durch dieselbe autokatalytische Verstärkung verstärkt wird, die bereits in einem anderen Modell dieser Gruppe etabliert wurde, und durch ihre spezifische Verdunstung abgebaut wird. Dadurch entsteht ein robustes Strömungsmuster, das den Ressourcentransport innerhalb derselben Kolonie optimiert. Da diese Pheromonspur dieser Ameisenkolonie durch dieselbe autokatalytische Verstärkung, mit der dieses Modell abgeschlossen ist, weiter verstärkt wird, ist das resultierende räumliche Muster, mit dem dieses Modell begonnen wurde, noch robuster und effizienter für den Ressourcentransport.

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