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Étude : les fourmis créent des tunnels stables dans les nids, tout comme les humains qui jouent au jinga

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Étude : les fourmis créent des tunnels stables dans les nids, tout comme les humains qui jouent au jinga
Zoom / Deux fourmis creusant un tunnel avec de la gelée verte. Une nouvelle étude du California Institute of Technology révèle que les fourmis recherchent et éliminent les grains de sol meubles lorsqu’elles creusent leurs tunnels, tout comme les humains enlèvent les touffes en jouant. jenga.

Les fourmis sont d’incroyables creuseurs, construisant des nids élaborés à plusieurs niveaux reliés par un réseau complexe de tunnels, atteignant parfois des profondeurs allant jusqu’à 25 pieds. Aujourd’hui, une équipe de scientifiques du California Institute of Technology a utilisé l’imagerie par rayons X pour capturer le processus par lequel les fourmis construisent leurs tunnels. Les scientifiques ont découvert que les fourmis ont évolué pour détecter intuitivement les particules de grain qu’elles peuvent éliminer tout en maintenant la structure stable, tout comme en supprimant des blocs individuels dans un jeu. jenga. L’équipe a décrit son travail à nouveau papier Publié dans Actes de l’Académie nationale des sciences.

Les scientifiques intéressés par le comportement collectif étudient les fourmis depuis des décennies. C’est parce que les fourmis, en tant que groupe, se comportent comme une forme de milieu granulaire. Peu de fourmis espacées se comportent aussi bien que des fourmis individuelles. mais Emballez-en suffisamment Étroitement ensemble, ils agissent comme une seule unité et présentent à la fois des propriétés solides et liquides. Vous pouvez verser des fourmis de feu d’une théière, par exemple, ou les fourmis peuvent se relier pour construire des tours ou des radeaux flottants. Les fourmis sont peut-être de petites créatures avec un petit cerveau, mais ces insectes sociaux sont capables de S’organiser collectivement Dans une communauté très efficace pour assurer la survie de la colonie.

Il y a plusieurs annéesBiologiste du comportement Guy Théraolase de l’Institut d’études avancées de Toulouse, France, et plusieurs collègues ont combiné des expériences de laboratoire avec des fourmis argentines et la modélisation informatique afin de Définir trois règles simples Contrôler le comportement des fourmis en creusant des tunnels. Pour l’intelligence : (1) les fourmis ramassent les grains à un rythme constant (environ 2 grains par minute) ; (ii) Les fourmis préfèrent jeter leurs grains à proximité d’autres grains pour former des panaches ; et (3) les fourmis sélectionnent généralement les grains marqués d’une phéromone chimique après que d’autres fourmis les aient traités. Théraolase et d’autres. Il a construit une simulation informatique basée sur ces trois règles et a découvert qu’après une semaine, les fourmis virtuelles avaient construit une structure très similaire à de vrais nids de fourmis. Ils concluent que ces règles émergent d’interactions locales entre les fourmis individuelles, sans qu’une coordination centrale soit nécessaire.

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Récemment, un papier 2020 Je l’ai trouvé dynamique sociale La façon dont la division du travail émerge dans une colonie de fourmis est similaire à la façon dont la polarisation politique se développe dans les réseaux sociaux humains. Les fourmis excellent également à réguler leur propre flux de circulation. une Étude 2018 Par Daniel Goldman, le groupe de Georgia Tech a étudié comment les fourmis de feu peuvent améliorer les efforts de creusement de tunnels sans provoquer d’embouteillages. comme nous sommes J’ai mentionné à ce moment-là, le groupe a conclu que lorsqu’une fourmi rencontre un tunnel dans lequel d’autres fourmis courent déjà, elle se retire pour trouver un autre tunnel. Et seule une petite partie de la colonie creuse à la fois : 30 pour cent d’entre eux font 70 pour cent du travail.

Le groupe de locomotion biologique de David Ho à Georgia Tech a également étudié les fourmis de feu. en 2019, Lui et ses collègues ont rapporté Que les fourmis de feu pouvaient ressentir activement les changements des forces agissant sur leur radeau flottant. Les fourmis reconnaissent différentes conditions d’écoulement des fluides et peuvent adapter leur comportement en conséquence pour maintenir la stabilité du radeau. Une rame se déplaçant dans l’eau de la rivière créera une série de tourbillons (connus sous le nom de vortex de chute), provoquant la rotation des radeaux des fourmis. Ces tourbillons peuvent également exercer des forces supplémentaires sur le radeau, suffisamment pour le briser. Les changements dans les forces centrifuges et les forces de cisaillement agissant sur le radeau sont très faibles – peut-être 2 à 3 pour cent de la force gravitationnelle normale. Cependant, d’une manière ou d’une autre, les fourmis sont capables de ressentir ces petits changements avec leur corps.

Ce dernier article se concentre sur les fourmis moissonneuses occidentales (Pogonomyrmex occidentalis), a été choisi en raison de sa capacité prolifique à creuser dans les grains du sol à l’échelle millimétrique. Le co-auteur Jose Andrade, ingénieur en mécanique chez Caltech, a été inspiré pour explorer les fourmis tunnelières après avoir vu des exemples de Art de la fourmilière. Les pièces sont créées en versant une sorte de métal en fusion, de plâtre ou de ciment dans la fourmilière, qui traverse tous les tunnels et finit par se solidifier. Le sol environnant est ensuite retiré pour révéler la structure complexe finale. Andrade a été tellement impressionné qu’il a commencé à se demander si les fourmis « savaient » vraiment comment déterrer ces structures.

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En haut à gauche : conception expérimentale.  En haut à droite : image radiographique d'un tunnel terminé.  En bas à gauche : ajustement du modèle des particules enlevées.  En bas à droite : Reconstitution numérique des particules prélevées par les fourmis sur le site initial.
Zoom / En haut à gauche : conception expérimentale. En haut à droite : image radiographique d’un tunnel terminé. En bas à gauche : ajustement du modèle des particules enlevées. En bas à droite : Reconstitution numérique des particules prélevées par les fourmis sur le site initial.

RBD Macedo et al., 2021

Andrade a collaboré avec le bio-ingénieur de Caltech Joe Parker sur le projet ; Les recherches de Parker portent sur les relations écologiques des fourmis avec d’autres espèces. « Nous n’avons interrogé aucune fourmi pour leur demander si elles savaient ce qu’elles faisaient, mais nous sommes partis du principe qu’elles creusaient de manière délibérée », Andrade a dit. « Nous avons supposé que les fourmis jouaient peut-être jenga. « 

En d’autres termes, les chercheurs soupçonnaient que les fourmis parcouraient le sol à la recherche de grains en vrac à éliminer, de la même manière que les gens recherchent des touffes en vrac pour les éliminer. jenga tour, laissant les blocs porteurs critiques en place. Ces blocs font partie de ce qu’on appelle une « chaîne de force » qui bloque les blocs (ou les particules de sol granulaires, dans le cas d’une fourmilière) pour créer une structure stable.

Pour leurs expériences, Andrade et ses collègues ont mélangé 500 ml de terre de koekret avec 20 ml d’eau et ont placé le mélange dans plusieurs petites tasses de terre. La taille des cupules a été choisie en fonction de leur facilité d’insertion dans le tomodensitomètre. Par essais et erreurs, en commençant par une seule fourmi et en augmentant progressivement le nombre, les chercheurs ont déterminé le nombre de fourmis nécessaires pour atteindre le taux de creusement optimal : 15.

L’équipe a pris quatre minutes et demie toutes les 10 minutes pendant que les fourmis creusaient un tunnel pour surveiller leurs progrès. À partir des images 3D résultantes, ils ont créé un « avatar numérique » pour chaque partie de l’échantillon, capturant la forme, la position et l’orientation de chaque grain, ce qui peut grandement affecter la répartition des forces dans les échantillons de sol. Les chercheurs ont également pu apprendre l’ordre dans lequel chaque perle a été retirée par les fourmis en comparant des images prises dans différents états dans le temps.

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Forces granulaires (lignes noires) au même endroit dans le sol avant (à gauche) et après (à droite) le tunnel des fourmis.
Zoom / Forces granulaires (lignes noires) au même endroit dans le sol avant (à gauche) et après (à droite) le tunnel des fourmis.

Jose E. Andrade et David R. Miller / Caltech

Les fourmis n’étaient pas toujours coopératives lorsqu’il s’agissait de creuser sérieusement leurs tunnels. « Ils sont en quelque sorte imités » Andrade a dit. « Elles creusent quand elles veulent. Nous mettions ces fourmis dans un conteneur, et certaines commenceraient à creuser tout de suite, et elles feraient des progrès incroyables. Mais d’autres – cela prendrait des heures et ne creuserait pas du tout. Certains creuseraient pour un pendant, puis arrêtez-vous et reposez-vous.

Andrade et Parker notent certains modèles émergents dans leur analyse. Par exemple, les fourmis creusent généralement le long des bords intérieurs des coupelles – une stratégie efficace, car les côtés des coupelles peuvent faire partie de la structure des tunnels, ce qui leur permet d’économiser un peu d’effort. Les fourmis ont également préféré les lignes droites de leurs tunnels, ce qui améliore également l’efficacité. Les fourmis avaient tendance à creuser leurs tunnels aussi fort que possible. Autant que possible dans un milieu granulaire comme le sol est appelé « l’angle de repos » ; Dépassez cet angle et la structure s’effondrera. D’une manière ou d’une autre, les fourmis peuvent détecter ce seuil critique, en s’assurant que leurs tunnels ne dépassent pas l’angle de repos.

Pour la physique de base, l’équipe a découvert que lorsque les fourmis enlevaient les grains de sol pour creuser leurs tunnels, les chaînes de force agissant sur la structure se réorganisaient d’une distribution aléatoire à la formation d’une sorte de revêtement autour du tunnel extérieur. Cette redistribution des forces renforce les parois existantes du tunnel et soulage la pression exercée par le grain en bout de tunnel. Cela permet aux fourmis d’enlever plus facilement ces grains pour étendre davantage le tunnel.

« La façon dont les fourmis construisent ces structures vieilles de plusieurs décennies est un mystère à la fois en ingénierie et en écologie des fourmis », a-t-il déclaré. Parker a dit. « Il s’avère qu’en supprimant le grain dans ce motif que nous avons observé, les fourmis profitent de ces chaînes de force océanique lorsqu’elles s’enfouissent. » Les fourmis pressent sur les grains individuels pour évaluer les forces mécaniques qui s’exercent sur eux.

Parker pense que c’est une sorte d’algorithme comportemental. Cet algorithme n’existe pas à l’intérieur d’une seule fourmi. il a dit. « C’est le comportement de colonie naissante de toutes ces ouvrières qui se comportent comme des super-organismes. Comment ce programme comportemental se propage à travers les micro-cerveaux de toutes ces fourmis est l’une des merveilles du monde naturel pour laquelle nous n’avons aucune explication. »

DOI : PNAS, 2021. 10.1073/pnas.2102267118 (À propos des DOI).

Avec l’aimable autorisation du California Institute of Technology.

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Le T. rex était peut-être beaucoup plus lourd et plus long qu’on ne le pensait auparavant – étude

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Le T. rex était peut-être beaucoup plus lourd et plus long qu’on ne le pensait auparavant – étude

Les chercheurs suggèrent que le Tyrannosaurus rex était peut-être 70 % plus lourd qu’on ne le pensait auparavant et 25 % plus long.

Le plus grand T. rex jamais trouvé vivant pourrait être beaucoup plus grand que le plus grand spécimen actuellement connu, puisqu’il pèse environ 15 tonnes au lieu de 8,8 tonnes et mesure 15 mètres de long au lieu de 12 mètres, selon l’étude.

De nombreux dinosaures plus grands appartenant à divers groupes ont été identifiés à partir d’un seul bon spécimen fossile.

Il est donc impossible de savoir si cet animal est un grand ou un petit exemplaire de cette espèce.

Les chercheurs soulignent que déterminer quel dinosaure était le plus grand, sur la base d’une poignée de fossiles, n’a pas beaucoup de sens.

Dans la nouvelle étude, le Dr Jordan Malone du Musée canadien de la nature à Ottawa, au Canada, et le Dr David Hone de l’Université Queen Mary de Londres, ont utilisé la modélisation informatique pour évaluer un groupe de dinosaures T. rex.

Ils ont pris en compte des facteurs tels que la taille de la population, le taux de croissance, la durée de vie moyenne et le caractère incomplet des archives fossiles.

« Notre étude suggère que pour les grands animaux fossiles tels que le T. rex, nous n’avons aucune idée, d’après les archives fossiles, de la taille absolue qu’ils ont pu atteindre », a déclaré le Dr Malone.

« C’est amusant de penser à un T. rex de 15 tonnes, mais les implications sont également intéressantes d’un point de vue biomécanique ou écologique. »

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Le Dr Hohn a déclaré : « Il est important de souligner qu’il ne s’agit pas vraiment du T. rex, qui constitue la base de notre étude, mais que cette question s’applique à tous les dinosaures et à de nombreuses autres espèces fossiles.

« Se disputer sur « qu’est-ce qui est le plus gros ? » en se basant sur quelques squelettes n’a pas vraiment de sens. »

Le T. rex a été choisi pour le modèle car bon nombre de ses détails étaient déjà bien appréciés.

Le modèle est basé sur des modèles de crocodiles vivants, choisis en raison de leur grande taille et de leur relation étroite avec les dinosaures.

Les chercheurs ont découvert que les plus grands fossiles connus de T. rex se situent probablement dans le 99e centile, soit le 1 pour cent supérieur de la taille du corps.

Cependant, ils soulignent que pour trouver un animal parmi les 99,99 pour cent (un tyrannosaure sur dix mille), les scientifiques devraient fouiller des fossiles au rythme actuel pendant encore 1 000 ans.

Les estimations de taille sont basées sur un modèle, mais la découverte de géants d’espèces modernes suggère qu’il devait encore y avoir des dinosaures plus grands.

« Certains des os et morceaux isolés indiquent clairement des individus plus gros que les squelettes dont nous disposons actuellement », a déclaré le Dr Hoon.

Les résultats ont été publiés dans la revue Ecology and Evolution.

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Comment des physiciens américains ont joué à Dieu et ont créé un nouvel élément appelé Livermorium à l’aide d’un faisceau de particules de titane

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Comment des physiciens américains ont joué à Dieu et ont créé un nouvel élément appelé Livermorium à l’aide d’un faisceau de particules de titane

Un scientifique du Lawrence Berkeley National Laboratory travaille sur un dispositif de séparation lors d’une expérience. Crédit image : Laboratoire national Lawrence Berkeley

Une équipe de scientifiques et de chercheurs du Lawrence Berkeley National Laboratory en Californie a récemment annoncé une réalisation révolutionnaire : la création du Livemorium, ou élément 116, à l’aide d’un faisceau de particules de titane.

C’est la première fois qu’un hépatique est fabriqué de cette manière, rapprochant les chercheurs de l’insaisissable « îlot de stabilité », où les éléments très lourds sont censés avoir une durée de vie plus longue, ce qui les rend plus faciles à étudier. Plus important encore, c’est la première fois qu’un objet extrêmement lourd est fabriqué de cette manière par des humains.

Rainer Kröcken, directeur des sciences nucléaires au Berkeley Lab, a exprimé son optimisme quant à la découverte, soulignant la nature collaborative de l’expérience. Il a déclaré que la production de l’élément 120, la prochaine cible, prendrait beaucoup plus de temps mais semblait désormais possible. Annoncé lors de la conférence Nuclear Structure 2024, l’article sera bientôt disponible sur le référentiel de prépublications arXiv et sera soumis à la revue Physical Review Letters.

Utilisation innovante d’une poutre en titane pour créer l’élément 116
Dans leur expérience, les scientifiques ont utilisé un faisceau de titane-50, un isotope spécifique, pour générer du Livemorium, ce qui en fait l’élément le plus lourd créé à ce jour au laboratoire de Berkeley. Ce laboratoire a une riche histoire de découverte d’éléments, qui a contribué à l’identification de 16 éléments allant du technétium (43) au seaborgium (106).

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Jacqueline Gates, qui a dirigé le dernier effort, a exprimé sa confiance dans les résultats, notant que les chances que les résultats soient une anomalie statistique sont très faibles. Le processus impliquait de chauffer le titane à environ 3 000 °F (1 649 °C) jusqu’à ce qu’il se vaporise. L’équipe a ensuite bombardé le titane vaporisé avec des micro-ondes, en enlevant 22 électrons et en préparant les ions pour l’accélération dans un cyclotron de 88 pouces au laboratoire de Berkeley.

Les ions de titane accélérés sont dirigés vers une cible de plutonium, des milliards d’ions frappant la cible chaque seconde. Ce bombardement intense a finalement créé deux atomes de Livermorium sur une période de 22 jours. L’utilisation du titane à cette fin représente une nouvelle technologie pour synthétiser des éléments plus lourds, car les éléments précédents de cette gamme, de 114 à 118, avaient été synthétisés à l’aide d’un faisceau de calcium 48.

Jennifer Burr, physicienne nucléaire au groupe des éléments lourds du Berkeley Lab, a souligné l’importance de cette méthode. La production de l’élément 116 à partir de titane valide cette nouvelle approche, ouvrant la voie à de futures expériences visant à produire des éléments plus lourds, comme l’élément 120.

Trouver l’article 120
Le succès de la création de l’élément 116 a ouvert la voie au prochain objectif ambitieux de l’équipe : créer l’élément 120. S’il est atteint, l’élément 120 sera l’atome le plus lourd jamais créé et fera partie de « l’îlot de stabilité », un groupe théorique d’éléments super-lourds de qui devrait être plus long que ceux découverts jusqu’à présent.

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Le laboratoire prévoit de commencer à tenter de créer l’élément 120 en 2025. Le processus devrait prendre plusieurs années, reflétant la complexité et les défis inhérents à cette recherche de pointe. Les physiciens explorent les limites du tableau périodique, s’efforçant de repousser les limites de la connaissance et de la compréhension humaines en explorant les limites de la stabilité atomique.

Cette réalisation majeure démontre non seulement la créativité des scientifiques du Berkeley Lab, mais ouvre également la voie à de futures découvertes dans le domaine des éléments super-lourds, qui pourraient ouvrir la voie à de nouvelles connaissances sur la nature fondamentale de la matière.

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L’Institut des sciences spatiales et cosmiques commence une étude coordonnée de l’atmosphère autour des exoplanètes naines de type M

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L’Institut des sciences spatiales et cosmiques commence une étude coordonnée de l’atmosphère autour des exoplanètes naines de type M

L’Institut des sciences spatiales et cosmiques commence une étude coordonnée de l’atmosphère autour des exoplanètes naines de type M

La directrice de l’Institut des sciences spatiales et cosmiques, la Dre Jennifer Lutz, a accepté la recommandation principale du groupe de travail sur les initiatives exoplanétaires stratégiques et a décidé de procéder à une étude à grande échelle des exoplanètes naines rocheuses de type M.

Le programme utilisera environ 500 heures du temps discrétionnaire du directeur sur le télescope spatial James Webb pour rechercher l’atmosphère de plus d’une douzaine de systèmes proches.

Près de 250 observations ultraviolettes en orbite avec le télescope spatial Hubble seront utilisées pour déterminer l’activité des étoiles hôtes. Les observations seront effectuées par une équipe de direction du Space Science Institute dirigée par le Dr Nestor Espinosa et soutenue par le Dr Hannah Diamond Lowe en tant qu’équipe adjointe.

L’Institut des sciences spatiales et cosmiques emploie également un comité consultatif scientifique externe pour donner des conseils sur tous les aspects du programme, y compris la sélection des cibles, la vérification des données et les interactions communautaires équitables. Les membres du comité consultatif scientifique seront représentatifs de la communauté exoplanétaire au sens large, couvrant un large éventail d’affiliations institutionnelles et d’étapes de carrière.

Le Space Science Institute annoncera bientôt la possibilité de soumettre des candidatures, y compris des auto-nominations. La contribution de la communauté sera sollicitée sur la liste des cibles ; Les plans d’observation seront publiés bien avant la date limite de GWebb IV.

Rapport du groupe de travail sur les initiatives exoplanétaires stratégiques avec le télescope spatial Hubble et le télescope spatial James Webb

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Astrobiologie

Membre de l’Explorers Club, ancien gestionnaire de charge utile de la Station spatiale de la NASA/biologiste spatial, homme de plein air, journaliste, ancien grimpeur, synesthésie, mélange de Na’vi, Jedi, Freeman et bouddhiste, langue des signes américaine, camp de base de l’île Devon et vétéran de l’Everest, (il /lui) 🖖🏻

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