研究活动| Ofer Feinerman - yabo怎么下载

信息素痕迹是蚂蚁表现出的最令人印象深刻和最广为人知的集体现象之一。这些痕迹是单个蚂蚁标记事件的累积产物。在Paratrechina longicornis使用侧视相机可以很容易地识别出这些事件。

幸运的是，在这个物种中，单一气味标记沉积的典型运动模式可以通过从俯视图测量的蚂蚁速度剖面来识别。

这可能是有史以来第一次对蚂蚁费洛蒙痕迹形成的完整动态进行描述。多年来，人类一直在观察蚂蚁的足迹——主要是观察到一种单一的足迹——一条长长的足迹，连接着两个固定的点(通常是巢穴和食物来源)。利用我们新颖的实验方法来识别信息素的铺设，我们发现了一种新的蚂蚁踪迹。这条小道连接着固定的巢穴和移动的，携带食物的负载。相应地，这条路线与经典描述的路线非常不同。主要是，这条路线并没有指明食物来源和巢穴之间的整个路径，这条路线只标志着携带团队应该移动的下一小步。

我们进一步研究了蚂蚁觅食路径的几何特征Tapinoma以色列．

进一步阅读:

Ehud Fonio, Yael Heyman, Lucas Boczkowski, Aviram Gelblum, Adrian Kosowski, Amos Korman和Ofer Feinerman。“一种新型蚂蚁追踪在容易出错的情况下实现了高效的路由。”eLife 5：e20185。(2016)。

蚂蚁的巢是复杂的结构。虽然人们对蚂蚁非凡的导航技能进行了广泛的研究(现在仍然如此)，但人们对蚂蚁巢穴中黑暗迷宫般的导航知之甚少。

结合个体跟踪、化学分析和机器学习，我们研究蚂蚁如何识别和维护它们首选的巢室。我们发现，在巢穴表面发现的化学混合物充当了“路标”，引导蚂蚁在黑暗的巢穴中移动。这稳定了蚂蚁的空间组织，促进了蚁群的协调。

使用我们动态的类似巢的设置，我们创建了相互冲突的导航线索，并跟踪个体蚂蚁执行导航任务，以解开它们的巢内导航策略。

蚁巢是一个漆黑的迷宫。蚂蚁是怎么找路的?我们在人工实验室巢穴中研究了这个问题，在红外照明下跟踪蚂蚁将孵化物返回孵化室。这段视频演示了蚂蚁如何利用对巢穴结构的记忆来决定应该走哪一个弯，但后来又通过附着在选择路径上的气味标记来验证她的决定。

沙漠蚂蚁招募中使用不可靠的交互作用箭蚁尼日尔．尽管这些蚂蚁的信息传递能力较低，但它们在群体层面上利用早期的负面反馈来实现可靠的招募。

进一步阅读:

海曼，雅艾尔，雅艾尔·维尔克，奥弗·费纳曼。“蚂蚁使用多种空间记忆和化学指针来导航巢穴。”iScience14(2019): 264-276。
Yael Heyman, Noam Shental, Alexander Brandis, Abraham Hefetz和Ofer Feinerman“蚂蚁使用多种化学路标来调节殖民地的空间组织”。自然通讯。出版(2017年)。
Nitzan Razin, Jean-Pierre Eckmann，和Ofer Feinerman。“沙漠蚂蚁在嘈杂的互动中实现了可靠的招募。”英国皇家学会界面杂志10,不。82(2013): 20130079。

蜂群中的绝大多数人，包括蚁后和雏鸟，大部分时间都呆在巢里，完全依靠少数离开巢去觅食的工蜂提供的食物。因此，个体之间的食物分享对于确保群体的生存至关重要。

蚂蚁有一个消化前器官，叫做“庄稼”(通常被称为“社会胃”)，它们可以在里面储存食物，然后通过口对口喂食与其他蚂蚁分享，这被称为“营养轴”。因此，觅食者把他们的作物里的流质食物，传递给蜂巢里的接收群体成员，这些成员进一步在精心设计的营养事件级联中传递食物。

我们用实验室开发的一种新技术来研究这一过程，这种技术能够将个人行为与集体结果联系起来。我们可视化了个体条形码蚂蚁的食物流，这些蚂蚁以荧光标记的食物为食，同时获得了个体蚂蚁在时间和空间上的食物负荷数据，个体之间的相互作用模式，以及殖民地的集体营养状态。

从生物学的角度来看，我们感兴趣的是集体食物摄入调节如何从个体行为中产生，食物如何在群体内分配和混合，以及不同类型的食物如何到达它们适当的目的地。从功能的角度，我们将蚂蚁营养网络视为一个自然分布系统，探讨其性质、功能和局限性。

进一步阅读:

格林沃尔德，埃夫拉特，让-皮埃尔·埃克曼和奥弗·费纳曼。“蚁群熵——蚁群中货物的分配。”PLoS计算生物学15.8(2019)。
Efrat Greenwald, Lior Baltiansky和Ofer Feinerman“单个作物负荷为蚁群的集体食物摄入量提供了局部控制。”eLife7 (2018): e31730。
埃夫拉特·格林沃尔德，恩里科·塞格雷和奥弗·费纳曼。“蚂蚁营养网络:相互作用模式和食物传播的同时测量。”科学报告5(2015)。

蚂蚁协作的一个典型例子被称为合作运输:一群觅食的蚂蚁将大量食物运送到巢穴。这项任务很困难，因为它需要蚂蚁协调它们的努力，调整它们施加的力，以便将负载朝巢穴的方向移动。

高效的搬运需要蚂蚁在搬运过程中扮演不同的角色(拉/提/推)。此外，由于它们的触角和视力部分受阻，尽管它们的感知能力受损，但它们仍需要在携带的同时导航。

帮助蚂蚁克服这些困难的一个因素是携带蚂蚁的不断周转。当搬运了很长一段时间的蚂蚁失去方向时，那些刚刚附着在负载上的蚂蚁就能携带通往巢穴的正确路线的准确信息。事实上，那些参与到搬运工作中的知情人士会成为有效的领导者，并在短时间内引导整个团队。

值得注意的是，即使领头蚂蚁施加的力量不是特别强大，蚂蚁群体也能吸收新传入的信息。我们进一步证明了蚁载系统位于相变附近，平衡了因循性和个体性;如果蚂蚁过于墨守成规，它们的拉力过于一致，最终的集体运动是平稳的，但系统仍然对新信息没有反应。如果蚂蚁携带的物品不自然地大，就会出现这种情况。另一方面，如果蚂蚁携带的物品体积小，过于个性化，就会导致随机行走的运动模式。

自然大小的负载在协调力和对传入信息的敏感性之间表现出接近最佳的平衡。

合作搬运蚂蚁的随大流意味着大多数蚂蚁不会把物体拉向巢穴的方向，而是拉向它已经在移动的方向。用细绳系住负载，这种行为规则可以导致垂直于巢的钟摆运动。

我们的这个约束系统的模型预测了另一种由负载的完全旋转组成的运动状态。令人惊讶的是，大量蚂蚁的实验证实了这种生物学上反直觉的行为的存在。

20世纪70年代，诺贝尔奖得主皮埃尔-吉勒·德热内斯提出了一个描述粒子在无序系统中的传输的概念模型。他将他的模型命名为“迷宫中的蚂蚁”。五十年后，我们用真正的蚂蚁实现了这个模型。X8加速视频展示了长角疯狂蚂蚁(Paratrechina longicornis)在一个无序的立方体阵列中运输一大块食物，模拟了它们自然的石头环境。蚂蚁之间的合作大大超过了De-Gennes最初描述的那种物理模型。

详情见:

Gelblum, Aviram, Ehud Fonio, Yoav Rodeh, Amos Korman和Ofer Feinerman。“蚂蚁的集体认知允许在无序环境中有效导航。”eLife 9 (2020): e55195
Ofer Feinerman, Itai Pinkoviezky, Aviram Gelblum, Ehud Fonio和Nir S. Gov。“蚂蚁群合作运输的物理学”。自然物理14.7(2018): 683-693。
Jonathan E. Ron, Itai Pinkoviezky, Ehud Fonio, Ofer Feinerman, Nir S. Gov。“存在障碍时蚂蚁合作运输的双稳定性”。PLOS计算生物学14.5(2018)。
Aviram Gelblum, Itai Pinkoviezky, Ehud Fonio, Nir Gov和Ofer Feinerman。“蚂蚁摆:通过涌现的振荡阶段解决问题。”美国国家科学院院刊．113.51(2016): 14615-14620(2016)。
Aviram Gelblum,Itai Pinkoviezky, Ehud Fonio, Abhijit Ghosh, Nir Gov和Ofer Feinerman。“蚂蚁群体能最佳地放大短暂知情的个体的影响。”自然通讯6(2015)。