चींटी के फ़ेरोमोन की एक बूँद पर पहली नज़र

जब एक Lasius niger चींटी को भोजन मिलता है, तो वह घर लौटती है और पीछे गंध की एक लकीर छोड़ती जाती है। वह अपना पेट ज़मीन तक झुकाती है और फ़ेरोमोन की नन्ही बूँदें छोड़ती है — एक रासायनिक संदेश, जो उसके घोंसले की साथियों को भोजन के स्रोत तक ले जाता है। ऐसी लकीरों का वर्णन 1779 में ही हो चुका था। वे स्व-संगठन (self-organisation) का पाठ्यपुस्तकीय उदाहरण बन गई हैं और उन्होंने कंप्यूटर विधियों के एक पूरे परिवार को प्रेरित किया है: चींटी कॉलोनी अनुकूलन एल्गोरिदम (ant colony optimisation)।

वह बूँद जिसे किसी ने नहीं देखा था

फिर भी लकीर की बुनियादी इकाई कभी देखी नहीं गई थी। शोधकर्ता किसी लकीर की ताक़त का अंदाज़ा चींटियों की आवाजाही या बूँद छोड़ने के व्यवहार से लगाते हैं, और मान लेते हैं कि हर बूँद एक जैसी है। एक जमाव का आयतन, वह कितनी तेज़ी से भाप बनता है, प्राकृतिक लकीर की असली सांद्रता: सब अज्ञात। बूँद का ज़्यादातर हिस्सा बनाने वाले विलायक की भी कभी पहचान नहीं हुई थी।

XLIM संस्थान (CNRS और लिमोज़ विश्वविद्यालय) की लॉर-ऐन पुआसोनिए (Laure-Anne Poissonnier), पिएर बॉन (Pierre Bon) और उनके सहयोगियों ने इन बूँदों को सीधे देखने का बीड़ा उठाया।

प्रकाश से एक बूँद को तौलना

ये Lasius niger चींटियाँ एक ऐसी कॉलोनी से थीं जिसकी नींव 2020 में तूलूज़ में पकड़ी गई एक रानी ने रखी थी। कुछ दिन भोजन के बिना रखने के बाद मज़दूर चींटियों को 57 मिलीमीटर लंबे एक लटके हुए काँच के पुल पर छोड़ा गया, जिसके दूसरे सिरे पर चीनी का पानी था।

ये जमाव पारदर्शी होते हैं, इसलिए टीम ने मात्रात्मक फ़ेज़ इमेजिंग (quantitative phase imaging) का इस्तेमाल किया: एक व्यतिकरण-आधारित (interferometric) तकनीक, जो मापती है कि कोई पारदर्शी वस्तु अपने आर-पार गुज़रते प्रकाश को कितना धीमा करती है। एक अपवर्तनांक मान लेने पर यह देरी स्थानीय मोटाई बता देती है, लगभग 20% की सटीकता के भीतर। न कोई रंग, न कोई संपर्क। पहले एक कैमरे ने पुल के एक तय हिस्से को प्रति सेकंड 250 तस्वीरों तक की रफ़्तार से फ़िल्माया; फिर मोटर-चालित स्टेज वाले एक माइक्रोस्कोप ने पूरे पुल को स्कैन किया।

एक द्रव जो ग़ायब हो जाता है, एक ठोस जो टिका रहता है

पहली बूँदें ठीक उसी समय पकड़ी गईं जब वे पेट से निकल रही थीं। वे द्रव थीं। एक बूँद लगभग 120 मिलीसेकंड में 0.4 से घटकर 0.15 पिकोलीटर रह गई। चार गुना बड़ी एक दूसरी बूँद 11 सेकंड के समय-स्थिरांक के साथ 1.7 से घटकर 0.4 पिकोलीटर रह गई। एक पिकोलीटर एक लीटर का एक खरबवाँ हिस्सा है।

जो बचता है वह लगभग 80 माइक्रोमीटर चौड़ा एक चपटा ठोस धब्बा है, जिसकी मोटाई सिर्फ़ दसियों से सैकड़ों नैनोमीटर है। एक घंटे से ज़्यादा समय तक माइक्रोस्कोप के नीचे देखे गए ऐसे एक धब्बे ने धीरे-धीरे अपने आयतन का लगभग 10% खो दिया, 63 मिनट के समय-स्थिरांक के साथ — जो Lasius niger की लकीरों के सक्रिय रहने की ज्ञात अवधि के क़रीब है। 24 घंटे बाद भी एक ठोस अवशेष मौजूद था।

लेखक इसे तीन घटकों के रूप में पढ़ते हैं:

एक विलायक, जो बूँद का ज़्यादातर हिस्सा है और कुछ सेकंड में भाप बन जाता है — सामान्य रासायनिक विश्लेषण इसे चूक जाते हैं, क्योंकि वे लकीर को बाद में इकट्ठा करते हैं;
एक ठोस, जो धीरे-धीरे ऊर्ध्वपातित होता है, यानी सीधे गैस बन जाता है। उनका सुझाव है कि यह आइसोकूमारिन (isocoumarin) है, एक ऐसा अणु जो इन चींटियों से लकीर का पीछा करवाने के लिए जाना जाता है;
एक स्थिर अवशेष, जो शायद थामने वाले ढाँचे (matrix) का काम करता है और गंध को जगह पर बनाए रखता है।

अगर एक जमाव का सारा ऊर्ध्वपातित पदार्थ आइसोकूमारिन है, तो यह लगभग 26 पिकोग्राम होता है, यानी हवा में छोड़े गए 110 अरब अणु।

चींटी को देखना काफ़ी नहीं

शोधकर्ता आम तौर पर पेट के विशिष्ट झुकाव को देखकर बूँदें गिनते हैं। टीम ने चींटियों को ऊपर से और बगल से फ़िल्माया, फिर पुल को स्कैन किया। एक प्रतिनिधि चींटी में बूँद छोड़ने की 7 मुद्राएँ देखी गईं: 6 एक असली जमाव से मेल खाती थीं, एक किसी से नहीं, ज़्यादा संवेदनशीलता से खोजने पर भी नहीं। यह व्यवहार एक उपयोगी लेकिन अधूरा संकेतक है।

कोई दो बूँदें एक जैसी नहीं

फिर आई सबसे बड़ी हैरानी। पाँच चींटियों में जमाव आकार, क्षेत्रफल और आयतन में अलग-अलग थे:

क्षेत्रफल का माध्यिका मान: 4,300 वर्ग माइक्रोमीटर, दस गुना तक के अंतर के साथ;
आयतन का माध्यिका मान: 0.68 पिकोलीटर, 0.2 से कम से लेकर 4 से ज़्यादा तक — 20 गुना से अधिक;
गोल या नाशपाती के आकार के, इस पर निर्भर कि चींटी ने अपना पेट कैसे घसीटा।

एक सांख्यिकीय मॉडल ने लगभग 90% अंतर का कारण अलग-अलग चींटियों के बीच के फ़र्क़ को बताया। एक जैसे जमाव की आम धारणा ग़लत है, कम से कम इस प्रजाति में।

लकीर बनाने की विशेषज्ञ?

अगर ये व्यक्तिगत अंतर समय के साथ स्थिर रहते हैं, तो कुछ मज़दूर चींटियाँ लकीरें बनाने में असाधारण रूप से बड़ी भूमिका निभा सकती हैं। लेखक इन मापे गए मानों को सामूहिक व्यवहार के मॉडलों और अनुकूलन एल्गोरिदम में डालना चाहते हैं, और यह पता लगाना चाहते हैं कि एक चींटी कम से कम कितनी मात्रा भाँप सकती है। शुद्ध जीवविज्ञान से आगे, वे व्यावहारिक महत्व की ओर भी इशारा करते हैं: आक्रामक चींटियों के ख़िलाफ़ चारे उसी भर्ती-व्यवहार का फ़ायदा उठाते हैं जिसे लकीरें चलाती हैं, और खेती में फ़ेरोमोन का इस्तेमाल कीटनाशकों के लक्षित विकल्प के रूप में बढ़ता जा रहा है।