Kiến quân đội ở rừng Trung và Nam Mỹ bắc cầu qua khe hở bằng chính thân mình, kiến lửa kết thành bè nổi khi nước lũ tràn tổ, và kiến vàng ở vườn cây Việt Nam nối người thành chuỗi để kéo lá lại gần nhau. Không con nào có bản thiết kế. Mỗi con chỉ theo vài quy tắc rất cục bộ, chẳng hạn "đứng yên nếu có nhiều con khác giẫm qua mình", và từ đó các công trình sống tự xuất hiện, tự điều chỉnh, rồi tự tháo dỡ khi hết cần.
Kiến quân đội: một đội quân không có nhà
Loài được nghiên cứu nhiều nhất là Eciton burchellii, sống ở rừng nhiệt đới từ Mexico xuống Nam Mỹ. Một đàn có hàng trăm nghìn kiến thợ. Chúng không xây tổ cố định. Đàn sống theo chu kỳ: một giai đoạn du cư khi đàn di chuyển gần như mỗi đêm, và một giai đoạn dừng chân khi kiến chúa đẻ một lứa trứng lớn. Mỗi giai đoạn kéo dài vài tuần.
Ban ngày, kiến quân đội tỏa ra săn thành một mặt trận rộng hàng mét, lùa côn trùng nhỏ chạy tán loạn. Những loài chim chuyên đi theo kiến quân đội, như các loài chim kiến ở châu Mỹ, không ăn kiến mà bắt những con côn trùng bị lùa ra khỏi chỗ nấp. Một cuộc săn của kiến kéo theo cả một hệ sinh thái nhỏ.
Tổ bằng thân mình: bivouac
Khi dừng chân, kiến quân đội dựng một "tổ tạm" gọi là bivouac. Hàng chục nghìn kiến thợ móc chân vào nhau bằng những móng nhỏ ở cuối chân, treo thành một khối dưới gốc cây đổ hay giữa các rễ. Bên trong khối ấy có kiến chúa và ấu trùng, có cả những lối đi. Các đo đạc cho thấy nhiệt độ trong lòng khối được giữ khá ổn định dù bên ngoài thay đổi, nhờ kiến co lại hoặc nới ra.
Khi đàn chuyển chỗ, khối ấy tháo ra, kiến thợ tha ấu trùng đi theo một đường dài hàng chục mét, rồi dựng lại ở chỗ mới. Một "toà nhà" làm hoàn toàn bằng cư dân của nó.
Lấp ổ gà trên đường kiến
Năm 2007, Scott Powell và Nigel Franks công bố một quan sát khiến nhiều người bật cười rồi gật gù. Trên các đường mòn kiến quân đội dùng để tha mồi về, mặt đất lồi lõm làm kiến chạy chậm. Một số kiến thợ dừng lại nằm úp vào các chỗ trũng, làm thành "nút lấp ổ gà" sống. Kiến nằm lấp thường vừa vặn với kích cỡ cái hố; hố to thì có khi vài con cùng lấp.
Kết quả là tốc độ di chuyển trên đường tăng lên, đủ bù cho số kiến bị "rút khỏi" lực lượng tha mồi. Khi dòng kiến qua lại thưa, những con nằm lấp tự đứng dậy đi tiếp. Không ai chỉ định con nào lấp hố nào; quy tắc nằm ở chỗ kiến cảm thấy mình bị trượt chân hay bị giẫm qua.
Cầu sống và phép tính "đáng hay không đáng"
Khi đường đi gặp một khe hở giữa hai cành lá, kiến quân đội bắc cầu: vài con móc vào mép, những con khác bò lên móc tiếp, cho tới khi cầu chạm bờ bên kia. Năm 2015, nhóm của Chris Reid, Simon Garnier và Iain Couzin công bố trên tạp chí PNAS một thí nghiệm làm ở đảo Barro Colorado, Panama, cho thấy cây cầu này "biết tính toán".
Nhóm đặt trên đường kiến một khung hình chữ V có thể chỉnh góc. Kiến đi vòng theo hai cạnh chữ V. Dần dần, chúng bắc cầu ở gần đỉnh chữ V, nơi khe hẹp, rồi cây cầu tự dịch chuyển về phía miệng chữ V, nơi đường tắt ngắn hơn nhiều. Nhưng cầu không dịch tới tận miệng. Nó dừng ở một vị trí trung gian.
Vì sao cầu dừng giữa chừng
Càng đi về phía miệng, khe càng rộng và cầu cần càng nhiều kiến. Mỗi con kiến nằm trong cầu là một con không đi săn, không tha mồi. Cây cầu dừng ở chỗ mà lợi ích đường tắt cân bằng với chi phí giam giữ lao động. Các tác giả giải thích quy tắc bên dưới khá đơn giản:
- Một con kiến đứng yên và trở thành một phần của cầu nếu có đủ nhiều kiến khác giẫm lên nó.
- Khi dòng kiến giẫm qua thưa đi, nó rời cầu.
Mép cầu phía đường tắt luôn có nhiều kiến đi qua, nên cầu "mọc" thêm về phía đó. Nhưng khi cầu dài ra, mỗi con trong cầu nhận ít bước giẫm hơn vì lực lượng bị chia mỏng, và sự mọc dừng lại. Không con nào biết cầu dài bao nhiêu hay đàn có bao nhiêu kiến; phép cân nhắc chi phí – lợi ích xảy ra ở cấp toàn đàn.
| Công trình sống | Loài | Quy tắc cá nhân đơn giản | Hiệu quả cho cả đàn |
|---|---|---|---|
| Tổ tạm bivouac | Kiến quân đội | Móc chân vào nhau, co giãn theo nhiệt | Có tổ ở bất cứ đâu, giữ ấm ấu trùng |
| Nút lấp ổ gà | Kiến quân đội | Nằm vào chỗ trũng vừa cỡ mình | Tăng tốc dòng tha mồi |
| Cầu sống | Kiến quân đội | Đứng yên khi bị giẫm nhiều, rời đi khi thưa | Đường tắt có mức chi phí hợp lý |
| Bè nổi | Kiến lửa | Bám vào nhau, bò lên mặt khi bị dìm | Cả đàn sống sót qua lũ |
| Chuỗi kéo lá | Kiến vàng | Ngoạm eo con trước, giữ chặt | Khép lá thành tổ trên cây |
Bè kiến lửa trên dòng lũ
Kiến lửa đỏ (Solenopsis invicta) có quê ở vùng đồng bằng ngập lũ Nam Mỹ, trước khi lan sang nhiều châu lục khác. Ở quê nhà, nước lũ dâng là chuyện thường. Khi tổ ngập, kiến bám vào nhau thành một tấm bè nổi, có kiến chúa và ấu trùng bên trong, trôi theo dòng cho tới khi chạm cây hay bờ đất.
Năm 2011, nhóm của David Hu ở Viện Công nghệ Georgia (Mỹ) đo kỹ hiện tượng này và công bố trên PNAS. Họ thả một khối kiến vào nước và thấy chỉ trong khoảng hai phút, khối ấy dàn ra thành một tấm bè phẳng. Vỏ kiến có lớp sáp không thấm nước; khi chúng bám vào nhau, giữa các thân kiến giữ lại những túi khí nhỏ, giúp bè nổi và giữ cho lớp kiến dưới cùng không chết đuối. Kiến ở đáy bè không cố định mãi: chúng luân phiên bò lên mặt rồi lại có con khác thế chỗ.
Các thí nghiệm sau đó cũng ghi nhận kiến lửa dựng tháp quanh một cọc khi bị dồn. Tháp không đứng yên mà như một vòi nước chảy chậm: kiến ở mặt ngoài liên tục trượt xuống, kiến khác lại leo lên, nhờ vậy tháp giữ được hình dạng.
Kiến vàng: thợ dệt của vườn Việt
Gần nhà hơn, kiến vàng (Oecophylla smaragdina), loài mà nhà vườn Nam Bộ quen gọi là kiến vàng hay kiến vống, làm tổ bằng lá sống trên cây. Để khép hai mép lá lại, kiến thợ đứng thành hàng, ngoạm mép lá kéo dần. Nếu khoảng cách quá xa, chúng nối nhau thành chuỗi, con sau ngoạm eo con trước. Khi hai mép lá đã khép, những con kiến khác mang ấu trùng tới, dùng tơ ấu trùng nhả ra để khâu lá lại.
Từ nhiều thế kỷ, nông dân Trung Hoa và Đông Nam Á đã dùng kiến vàng để bảo vệ cây có múi khỏi sâu hại. Ở Đồng bằng sông Cửu Long, nhiều nhà vườn vẫn giữ kiến vàng trong vườn cam quýt, bắc dây hoặc thanh tre nối các tán cây để kiến đi lại. Đó là một cách con người "điều phối" bằng cách giúp kiến tự điều phối.
Khi quy tắc đơn giản phản chủ: vòng xoáy tử thần
Hệ thống tự tổ chức không phải lúc nào cũng thành công. Năm 1944, nhà tâm lý học động vật T. C. Schneirla mô tả một hiện tượng ở kiến quân đội: một nhóm kiến bị lạc khỏi đàn, mỗi con bám theo vệt mùi của con trước, vô tình khép thành vòng tròn và cứ thế đi vòng không ngừng. Hiện tượng này được gọi là "ant mill", tạm dịch là vòng xoáy tử thần, vì nhiều khi nó chỉ dừng khi kiến kiệt sức.
Đây là mặt trái của quy tắc cục bộ: khi tín hiệu đầu vào khép kín thành vòng lặp, không con nào có thông tin để thoát ra. Người làm điều phối quen với điều này dưới dạng khác: những vòng chuyển tiếp cuộc gọi hay quy trình mà ai cũng làm đúng phần mình nhưng việc vẫn không tới nơi. Lời giải ở đây là thêm một tín hiệu từ bên ngoài vòng, như một người có quyền phá vỡ quy trình khi thấy nó lặp.
Góc nhìn hôm nay: kỹ sư học gì từ kiến
Các nhóm nghiên cứu robot và vật liệu theo dõi kiến quân đội và kiến lửa vì một lý do thực tế: tự lắp ráp là cách để một tập hợp nhiều đơn vị đơn giản tạo ra cấu trúc linh hoạt mà không cần điều khiển trung tâm. Ý tưởng này đã được thử ở các nhóm robot nhỏ tự nối với nhau. Ngay cả với người không làm kỹ thuật, kiến cho một bài học đáng nhớ: một quy tắc tốt là quy tắc tự tắt khi hết cần, như con kiến rời cây cầu khi dòng qua lại thưa đi.
Muốn tự quan sát, hãy để ý kiến vàng trên cây xoài, cây bưởi ở vườn nhà hoặc trong các khu vườn sinh thái. Nhìn từ xa, đừng chạm vào tổ vì kiến vàng cắn khá đau và xịt axit. Nếu gặp kiến lửa đỏ, loài có vết đốt rát và có thể gây dị ứng, hãy tránh xa và báo cho người quản lý khu vực.
Câu hỏi thường gặp
Kiến quân đội sống ở đâu?
Loài kiến quân đội được nghiên cứu nhiều nhất, Eciton burchellii, sống ở rừng nhiệt đới từ Mexico tới Nam Mỹ. Châu Phi và châu Á cũng có những nhóm kiến có lối sống du cư tương tự nhưng thuộc các chi khác.
Vì sao kiến lửa nổi được trên nước?
Vỏ kiến lửa có lớp sáp không thấm nước. Khi hàng nghìn con bám vào nhau, giữa các thân giữ lại túi khí nhỏ làm bè nổi, và kiến luân phiên đổi chỗ giữa đáy và mặt bè.
Cầu sống của kiến hoạt động thế nào?
Một con kiến đứng yên và thành một phần của cầu khi có nhiều kiến khác giẫm qua nó, và rời đi khi dòng qua lại thưa đi. Nhờ quy tắc này, cầu tự mọc về phía đường tắt nhưng dừng lại khi số kiến bị giữ trong cầu trở nên quá tốn kém.
Kiến vàng làm tổ bằng gì?
Kiến vàng làm tổ bằng lá sống trên cây. Kiến thợ nối thành chuỗi kéo các mép lá lại gần nhau, rồi dùng tơ do ấu trùng nhả ra để khâu lá thành tổ.
Vòng xoáy tử thần của kiến là gì?
Là hiện tượng một nhóm kiến bám theo vệt mùi của nhau mà khép thành vòng tròn và đi vòng mãi, đôi khi tới kiệt sức. Nó được T. C. Schneirla mô tả năm 1944 và là ví dụ kinh điển về lúc quy tắc cục bộ thất bại.
