أول نظرة إلى قطرة واحدة من فيرومون النمل
حين تعثر نملة من نوع Lasius niger على طعام، تعود إلى العش وتترك خلفها مسارًا من الرائحة. تُنزل بطنها إلى الأرض وتضع قطيرات دقيقة من الفيرومون، وهو رسالة كيميائية تقود رفيقاتها في العش إلى المصدر. وُصفت هذه المسارات منذ عام 1779. وأصبحت مثالًا كلاسيكيًا في الكتب المدرسية على التنظيم الذاتي، وألهمت عائلة كاملة من الأساليب الحاسوبية هي خوارزميات تحسين مستعمرات النمل.
القطرة التي لم يرَها أحد
ومع ذلك لم تُرصد قط الوحدة الأساسية للمسار. يستنتج الباحثون قوة المسار من حركة النمل أو من سلوك الإيداع، ويفترضون أن كل القطرات متماثلة. حجم الإيداع، وسرعة تبخره، والتركيز الحقيقي لمسار طبيعي: كلها مجهولة. حتى المذيب الذي يشكّل معظم القطرة لم يُحدَّد قط.
قررت لور-آن بواسونييه (Laure-Anne Poissonnier) وبيير بون (Pierre Bon) وزملاؤهما في معهد XLIM (المركز الوطني الفرنسي للبحث العلمي CNRS وجامعة ليموج) رؤية هذه القطرات مباشرة.
وزن قطرة بالضوء
جاء النمل، من نوع Lasius niger، من مستعمرة أسستها ملكة جُمعت في تولوز عام 2020. وبعد بضعة أيام بلا طعام، سُمح للعاملات بالصعود إلى جسر زجاجي معلّق طوله 57 مليمترًا، في طرفه الآخر ماء محلّى بالسكر.
الإيداعات شفافة، لذلك استخدم الفريق التصوير الطوري الكمّي: تقنية تداخلية تقيس مقدار ما يؤخّره جسم شفاف من الضوء المارّ عبره. وبافتراض قيمة لمعامل الانكسار، يعطي هذا التأخير السُّمك المحلي بدقة تقارب 20%. بلا صبغة ولا تلامس. صوّرت كاميرا أولى بقعة ثابتة من الجسر بسرعة تصل إلى 250 صورة في الثانية؛ ثم مسح مجهر ذو منصة آلية الجسر بأكمله.
سائل يختفي، وصلب يبقى
التُقطت القطرات الأولى مباشرة، لحظة خروجها من البطن. كانت سائلة. انتقلت إحداها من 0.4 إلى 0.15 بيكولتر في نحو 120 ميلي ثانية. وانتقلت أخرى، أكبر بأربع مرات، من 1.7 إلى 0.4 بيكولتر بثابت زمني قدره 11 ثانية. البيكولتر جزء من تريليون من اللتر.
ما يبقى هو بقعة صلبة مسطحة عرضها نحو 80 ميكرومترًا وسُمكها لا يتجاوز عشرات إلى مئات النانومترات. وعند متابعة إحدى هذه البقع تحت المجهر لأكثر من ساعة، فقدت ببطء نحو 10% من حجمها، بثابت زمني قدره 63 دقيقة — وهو قريب من المدة المعروفة لبقاء مسارات Lasius niger فعّالة. وكانت بقايا صلبة لا تزال موجودة بعد 24 ساعة.
يقرأ المؤلفون ذلك على أنه ثلاثة مكوّنات:
- مذيب يشكّل معظم القطرة ويتبخر في ثوانٍ — وتفوته التحاليل الكيميائية المعتادة لأنها تجمع المسار بعد ذلك؛
- مادة صلبة تتسامى ببطء، أي تتحول مباشرة إلى غاز. ويرجّحون أنها الأيزوكومارين (isocoumarin)، وهو جزيء معروف بأنه يجعل هذا النمل يتبع المسار؛
- بقايا مستقرة قد تؤدي دور مادة حاملة تُبقي الرائحة في مكانها.
إذا كانت كل المادة المتسامية في إيداع واحد أيزوكومارين، فإنها تبلغ نحو 26 بيكوغرامًا، أي 110 مليارات جزيء تنطلق في الهواء.
مراقبة النملة لا تكفي
عادة ما يعدّ الباحثون القطرات بمراقبة انحناءة البطن المميزة. صوّر الفريق النمل من الأعلى ومن الجانب، ثم مسح الجسر. في نملة نموذجية، شوهدت 7 وضعيات إيداع: 6 منها طابقت إيداعًا حقيقيًا، وواحدة لم تطابق شيئًا، حتى عند البحث بحساسية أعلى. السلوك مؤشر مفيد لكنه غير كامل.
لا قطرتان متشابهتان
ثم جاءت المفاجأة الكبرى. لدى خمس نملات، اختلفت الإيداعات في الشكل والمساحة والحجم:
- المساحة الوسيطة: 4,300 ميكرومتر مربع، مع تفاوت يصل إلى عشرة أضعاف؛
- الحجم الوسيط: 0.68 بيكولتر، من أقل من 0.2 إلى أكثر من 4 — أكثر من 20 ضعفًا؛
- مستديرة أو على شكل كمثرى، بحسب طريقة جرّ النملة لبطنها.
نسب نموذج إحصائي نحو 90% من التفاوت إلى الفروق بين النملات الفردية. الافتراض الشائع بأن الإيداعات متطابقة خاطئ، على الأقل لدى هذا النوع.
متخصصات في المسارات؟
إذا كانت هذه الفروق الفردية مستقرة مع الوقت، فقد تؤدي بعض العاملات دورًا كبيرًا على نحو غير متناسب في بناء المسارات. يريد المؤلفون إدخال هذه القيم المقيسة في نماذج السلوك الجماعي وخوارزميات التحسين، ومعرفة أصغر كمية يمكن للنملة أن ترصدها. وبعيدًا عن علم الأحياء البحت، يشيرون إلى رهانات عملية: فالطُّعوم المضادة للنمل الغازي تستغل التجنيد الذي تحركه المسارات، والفيرومونات تُستخدم بشكل متزايد في الزراعة بدائلَ موجّهة للمبيدات.