Біологи та математики змоделювали будівництво гнізд термітів роду - виявилося, що терміти будують тунелі відповідно до локальної кривизної поверхні, при цьому характерна товщина тунелів приблизно дорівнює розміру терміту. Стаття опублікована в журналі
Терміти та інші соціальні комахи, такі як мурахи, будують гнізда для захисту колонії. Про мурахи вченим відомо, наприклад, що при будівництві вони реагують на потоки вуглекислого газу, товпляться і залучають все більше мурашок за допомогою феромонів, за рахунок чого виникають широкі коридори. У той час як пересування окремої комахи описати дуже складно, мураха піднімає і опускає крупиці будівельної речовини відповідно до локального стану навколишнього середовища - у разі великої колонії стигмергічні ефекти (наприклад, розпорошення феромонів) роблять найбільший внесок у будівництво.
Однак спостерігати за процесом побудови гнізд у термітів вийшло лише пару разів - вони будують занадто непередбачувано і швидко. За спостереженнями за будівництвом гнізда в лабораторних умовах вчені виявили, що поверхня стінок тунелів має форму сідла, що дозволяє припустити про золото правила будівництва термітників: в області з великої кривизної поверхні терміти будують стінки (і зменшують кривизну), а в області з малою кривизною поверхні нічого не роблять. Більш того, у інших термітів вчені виявили позитивну кореляцію між кривизною поверхні і активністю комах.
Вчені з Бельгії, Великобританії та Франції під керівництвом Джіуліо Фаччіні (Giulio Facchini) з Університету Рохемптона розробили модель зростання гнізда деревних термітів. Дослідники в наближенні домінантної стігмергії спростили модель і розглянули не окремі впливи термітів, але їх підсумок - умовне самостійне зростання термітника залежно від його форми, зокрема - від локальної кривизни поверхні.
Дослідники вибрали конкретний рід термітів завдяки простоті їх гнізд - вони ізотропні і гомогенні (так як зростання гнізд відбувається на деревах, то основним матеріалом виявляються тріски), через що різні частини термітника важко відрізнити між собою. Більш того, в їх гнізді немає спеціалізованих порожнин, що зручно для початкової перевірки теорії будівництва термітників. Однак автори справедливо зауважують, що локальна кривизна є непрямим параметром, що впливає на будівництво - наприклад, у ньому може накопичуватися більше «цементного феромона» або терміти налаштовують крупиці відповідно до градієнта вологості, який може виникати через різну кривизну поверхні. Однак жодна з цих причин до кінця не обґрунтована.
Для того щоб визначити, як еволюціонує термітник, вченим потрібно було вирішити завдання двох фаз, будівельного матеріалу і порожнечі, з мінливими граничними умовами. Аналітично завдання вирішувалося тільки в плоскому випадку, проте в альтернативному підході можна замінити субстрат і порожнє середовище на деяке скалярне поле, диференціюючи яке можна отримати форму поверхні стінки - межі між фазами. Потім дослідники припустили залежність поля від часу, в якому можна виділити два доданки: нелінійний зріст і дифузію, яка коригує поведінку цього скалярного поля в точках з великої кривизної поверхні. Проаналізувавши поведінку залежності, вчені дійшли висновку, що дифузійний член розмиває всі деталі будівельних крупиць з розмірами менше, ніж товщина стінки. Через це за межами моделі виявляється пористість, яка забезпечує необхідну вентиляцію для гнізда.
Автори провели математичне моделювання системи і спостерігали за зростанням субстрату - система показувала гілку і об'єднання тунелів, як і в справжньому термітнику. Для перевірки своєї моделі вчені зробили комп'ютерну томографію реальних гнізд термітів з Австралії () і з Гайани () і порівняли їх з моделями. Для реальних гнізд характерна ширина тунелів, як і у випадку з моделями, збіглася з шириною термітів.
Щоб перейти від якісного порівняння до кількісного, вчені розглянули середню і Гауссову локальну кривизну. Остання визначає форму поверхні: сфера, циліндр або сідло. Середня ж кривизна визначає з якого боку поверхні ми знаходимося, зсередини або зовні. Виявилося, що кривизна модельної структури з початковими умовами реального гнізда дуже схожа на кривизну реального термітника. Процес побудови виявився швидше ймовірнісним, ніж детермінованим, однак і в реальних, і в модельних зразках вчені виявили переважання сідлоподібних поверхонь. У майбутньому вчені планують уточнити свою модель і використовувати її для опису інших процесів аккреції - наприклад, для отримання мікроструктури крил метелика.
Термітники відомі своєю формою і вважаються будівельниками-рекордсменами серед безхребетних. Два роки тому в Бразилії біологи знайшли термітні пагорби, вік яких склав 3,8 тисячі років. За оцінками дослідників, вони займають площу втричі більше Курганської області і навіть видно з космосу.