చీమ ఫెరోమోన్ ఒక్క బిందువును తొలిసారి చూడటం

Lasius niger చీమకు ఆహారం దొరికినప్పుడు, అది గూటికి తిరిగి వెళ్తూ వెనుక ఒక వాసన దారిని వదులుతుంది. అది తన ఉదరాన్ని నేలకు దించి ఫెరోమోన్ చిన్న బిందువులను ఉంచుతుంది. ఫెరోమోన్ అనేది ఒక రసాయన సందేశం, అది గూటి సహచరులను ఆహార స్థానానికి నడిపిస్తుంది. ఇలాంటి దారులను 1779 లోనే వర్ణించారు. అవి స్వీయ-వ్యవస్థీకరణ (self-organisation)కు పాఠ్యపుస్తక నమూనాగా మారాయి, చీమల కాలనీ ఆప్టిమైజేషన్ అల్గారిథమ్‌లు అనే కంప్యూటర్ పద్ధతుల మొత్తం కుటుంబానికి ప్రేరణనిచ్చాయి.

ఎవరూ చూడని బిందువు

అయినా దారి యొక్క ప్రాథమిక యూనిట్‌ను ఎవరూ ఎప్పుడూ పరిశీలించలేదు. పరిశోధకులు దారి ఎంత బలంగా ఉందో చీమల రాకపోకల నుంచి లేదా బిందువులు వేసే ప్రవర్తన నుంచి అంచనా వేస్తారు, ప్రతి బిందువూ ఒకేలా ఉంటుందని భావిస్తారు. ఒక నిక్షేపం ఘనపరిమాణం, అది ఎంత వేగంగా ఆవిరవుతుంది, సహజ దారిలో అసలైన గాఢత: అన్నీ తెలియనివే. బిందువులో ఎక్కువ భాగాన్ని ఏర్పరిచే ద్రావకాన్ని కూడా ఎప్పుడూ గుర్తించలేదు.

XLIM సంస్థ (CNRS, లిమోజ్ విశ్వవిద్యాలయం)కు చెందిన లోర్-ఆన్ పాయిసోనియే, పియర్ బాన్ మరియు వారి సహచరులు ఈ బిందువులను నేరుగా చూడాలని నిర్ణయించుకున్నారు.

కాంతితో ఒక బిందువును తూచడం

ఈ Lasius niger చీమలు 2020లో టూలూజ్‌లో సేకరించిన ఒక రాణి స్థాపించిన కాలనీ నుంచి వచ్చాయి. కొన్ని రోజులు ఆహారం లేకుండా ఉంచిన తర్వాత, శ్రామిక చీమలను 57 మిల్లీమీటర్ల పొడవైన వేలాడే గాజు వంతెనపైకి వదిలారు, దాని అవతలి చివర చక్కెర నీరు ఉంది.

నిక్షేపాలు పారదర్శకంగా ఉంటాయి కాబట్టి బృందం పరిమాణాత్మక ఫేజ్ ఇమేజింగ్ (quantitative phase imaging) వాడింది: ఇది ఒక పారదర్శక వస్తువు తన గుండా వెళ్లే కాంతిని ఎంత ఆలస్యం చేస్తుందో కొలిచే వ్యతికరణ (interferometric) పద్ధతి. ఒక వక్రీభవన గుణకాన్ని ఊహిస్తే, ఆ ఆలస్యం స్థానిక మందాన్ని సుమారు 20% కచ్చితత్వంతో ఇస్తుంది. రంగు లేదు, స్పర్శ లేదు. మొదటి కెమెరా వంతెనలోని ఒక నిర్దిష్ట భాగాన్ని సెకనుకు 250 చిత్రాల వరకు చిత్రీకరించింది; తర్వాత మోటారు వేదిక ఉన్న సూక్ష్మదర్శిని వంతెన మొత్తాన్ని స్కాన్ చేసింది.

మాయమయ్యే ద్రవం, నిలిచిపోయే ఘనం

మొదటి బిందువులు ఉదరం నుంచి విడిపోతున్న క్షణంలోనే ప్రత్యక్షంగా పట్టుబడ్డాయి. అవి ద్రవ రూపంలో ఉన్నాయి. ఒక బిందువు సుమారు 120 మిల్లీసెకన్లలో 0.4 నుంచి 0.15 పికోలీటర్లకు తగ్గింది. నాలుగు రెట్లు పెద్దదైన మరొకటి 11 సెకన్ల కాల స్థిరాంకంతో 1.7 నుంచి 0.4 పికోలీటర్లకు తగ్గింది. ఒక పికోలీటరు అంటే లీటరులో లక్ష కోట్ల వంతు.

మిగిలేది సుమారు 80 మైక్రోమీటర్ల వెడల్పు, కేవలం పదుల నుంచి వందల నానోమీటర్ల మందం ఉన్న చదునైన ఘన మచ్చ. అలాంటి ఒక మచ్చను సూక్ష్మదర్శిని కింద గంటకు పైగా గమనించగా, అది 63 నిమిషాల కాల స్థిరాంకంతో తన ఘనపరిమాణంలో సుమారు 10% నెమ్మదిగా కోల్పోయింది — Lasius niger దారులు ఎంతసేపు చురుకుగా ఉంటాయని తెలుసో దానికి దగ్గరగా. 24 గంటల తర్వాత కూడా ఒక ఘన అవశేషం అక్కడే ఉంది.

రచయితలు దీన్ని మూడు పదార్థాలుగా వ్యాఖ్యానిస్తారు:

• బిందువులో ఎక్కువ భాగాన్ని ఏర్పరిచి కొన్ని సెకన్లలో ఆవిరైపోయే ఒక ద్రావకం — దారిని తర్వాత సేకరించే సాధారణ రసాయన విశ్లేషణలు దీన్ని పట్టుకోలేవు;
• నెమ్మదిగా ఉత్పతనం చెందే, అంటే నేరుగా వాయువుగా మారే ఒక ఘన పదార్థం. అది ఐసోకౌమరిన్ కావచ్చని వారు సూచిస్తున్నారు — ఈ చీమలు దారిని అనుసరించేలా చేస్తుందని తెలిసిన అణువు;
• ఒక స్థిరమైన అవశేషం, అది పట్టి ఉంచే ఆధార మాత్రిక (matrix)గా పనిచేసి వాసనను అక్కడే నిలిపి ఉంచవచ్చు.

ఒక నిక్షేపంలో ఉత్పతనం చెందిన పదార్థం అంతా ఐసోకౌమరిన్ అయితే, అది సుమారు 26 పికోగ్రాములు, అంటే గాలిలోకి విడుదలయ్యే 110 బిలియన్ అణువులు.

చీమను గమనించడం సరిపోదు

పరిశోధకులు సాధారణంగా ఉదరం ప్రత్యేకంగా వంగడాన్ని గమనించి బిందువులను లెక్కిస్తారు. బృందం చీమలను పై నుంచి, పక్క నుంచి చిత్రీకరించి, తర్వాత వంతెనను స్కాన్ చేసింది. ఒక ప్రాతినిధ్య చీమలో బిందువు వేసే భంగిమలు 7 కనిపించాయి: 6 నిజమైన నిక్షేపంతో సరిపోలాయి, ఒకటి ఎక్కువ సున్నితత్వంతో వెతికినా దేనితోనూ సరిపోలలేదు. ప్రవర్తన ఉపయోగకరమైనదే కానీ అసంపూర్ణమైన సూచిక.

ఏ రెండు బిందువులూ ఒకేలా ఉండవు

తర్వాత అతి పెద్ద ఆశ్చర్యం వచ్చింది. ఐదు చీమల్లో, నిక్షేపాలు ఆకారంలో, వైశాల్యంలో, ఘనపరిమాణంలో వేర్వేరుగా ఉన్నాయి:

• మధ్యస్థ వైశాల్యం: 4,300 చదరపు మైక్రోమీటర్లు, పది రెట్ల వ్యత్యాసంతో;
• మధ్యస్థ ఘనపరిమాణం: 0.68 పికోలీటరు, 0.2 కంటే తక్కువ నుంచి 4 కంటే ఎక్కువ వరకు — 20 రెట్లకు పైగా;
• చీమ తన ఉదరాన్ని ఎలా ఈడ్చిందనే దాన్ని బట్టి గుండ్రంగా లేదా బేరిపండు ఆకారంలో.

ఒక గణాంక నమూనా వ్యత్యాసంలో సుమారు 90% ను వ్యక్తిగత చీమల మధ్య తేడాలకు ఆపాదించింది. నిక్షేపాలన్నీ ఒకేలా ఉంటాయనే సాధారణ భావన తప్పు, కనీసం ఈ జాతిలో.

దారి నిపుణులా?

ఈ వ్యక్తిగత తేడాలు కాలక్రమేణా స్థిరంగా ఉంటే, కొన్ని శ్రామిక చీమలు దారులు నిర్మించడంలో అసాధారణంగా పెద్ద పాత్ర పోషిస్తుండవచ్చు. రచయితలు ఈ కొలిచిన విలువలను సామూహిక ప్రవర్తన నమూనాల్లో, ఆప్టిమైజేషన్ అల్గారిథమ్‌లలో వాడాలని, అలాగే ఒక చీమ గుర్తించగల అతి తక్కువ మోతాదును కనుగొనాలని అనుకుంటున్నారు. స్వచ్ఛమైన జీవశాస్త్రానికి మించి, వారు ఆచరణాత్మక ప్రాముఖ్యతను కూడా ఎత్తిచూపుతున్నారు: ఆక్రమణ చీమలపై వాడే ఎరలు దారులు నడిపించే సమీకరణను ఉపయోగించుకుంటాయి, అలాగే వ్యవసాయంలో పురుగుమందులకు లక్ష్యిత ప్రత్యామ్నాయాలుగా ఫెరోమోన్ల వాడకం పెరుగుతోంది.