Муравей лэнгтона

Модификации муравья Лэнгтона

Муравей Лэнгтона — это по сути клеточный автомат, регулярная решётка, в которой на каждом шаге цвет ячеек меняется по определённому набору правил, обычно в зависимости от цвета соседних ячеек. Самый известный клеточный автомат — это игра «Жизнь» английского математика Джона Конвея. Математики придумали множество разнообразных клеточных автоматов, но, пожалуй, ни один из них не сравнится по загадочности с нашим муравьём.

Кстати, как и другие клеточные автоматы, муравей Лэнгтона имеет свои модификации. Например, иногда нашего муравья нагружают ведёрками с дополнительными красками. В этом случае для каждого цвета задаются отдельные правила поворота. Ещё можно подсадить к муравью других муравьёв (каждого с ведёрком своего цвета) и посмотреть, как они будут взаимодействовать. Есть также варианты с гексагональной решёткой, на которой используется шесть различных вариантов поворота: без изменений, 180°, 60° направо, 60° налево, 120° направо и 120° налево.

Магистраль гексагонального муравья

Также можно менять алгоритм поведения каждого муравья в системе. Для этого придумали способ кодирования алгоритма в виде строки из символов R — повернуть направо и L — повернуть налево. В этой записи каждая позиция соответствует цвету клетки, на которую пришёл муравей. Для классического муравья Лэнгтона запись будет такая: RL. Также иногда добавляют ещё две команды: C — продолжить движение в том же направлении (иногда используется буква F), U — развернуться на 180° (иногда используется буква B). Муравьи с изменёнными алгоритмами поведения начинают вести себя совсем по-другому — уже не всегда строят магистрали. Многие из них сразу начинают составлять симметричные узоры. Так себя ведут, например, муравьи с повторяющимися парами: LL и RR. Например, LLRR.

Симметричный узор муравья с правилом LLRR

Вы можете воспользоваться одной из готовых программ или сами запрограммировать эту замечательную и загадочную систему и поэкспериментировать с различными вариантами её реализации. Для муравьёв можно придумывать новые алгоритмы, менять их количество, начальное направление движения и стартовые точки на плоскости. Можно также провести опыты с начальной раскраской некоторых клеток на плоскости. Например, свободолюбивый муравей с правилом RL умеет с успехом выбираться из замкнутого квадрата.

Магистраль муравья с правилом RCCU

Для этого клеточного автомата можно придумать множество модификаций с разным поведением, но классический муравей Лэнгтона, с которым мы познакомились, пока так и остаётся одной из нерешённых задач математики. Меня всегда поражали подобные системы с простейшими формулировками и необъяснимым поведением. Они напоминают нам о том, как много мы ещё не знаем о математических законах устройства нашего мира. Возможно, решение таких задач в будущем приведёт нас к пониманию чего-то большего, чем поведение простейшего клеточного автомата.

Диагностика

Подозрение на наличие расстройства, как правило, возникает в позднем дошкольном или раннем школьном возрасте. Первичное определение характера проблемы осуществляют учителя и школьные психологи. Диагностику дискалькулии проводит психиатр. Специалист выясняет причину обращения, уточняет особенности течения беременности, наличие органических и психических патологий. Расспрашивает о случаях расстройств учебных навыков у других членов семьи.

В зависимости от возраста ребенка могут попросить классифицировать объекты, расположить числа от большего к меньшему и наоборот, сравнить предметы или числа между собой, решить определенные примеры, перевести устную задачу в письменную и пр. Для исключения других нарушений производят развернутую оценку памяти, речи и интеллекта. Проводят дифференцировку с задержкой речевого и психического развития, педагогической запущенностью.

Виды муравейников

Во всех уголках мира можно встретить муравейники. Эти трудолюбивые насекомые распространены по всей планете. Нет их только Антарктиде, Гренландии и на некоторых отдаленных островах. Муравьи живут в лесах, степях, городах и даже в пустынях. Некоторые муравейники похожи на целые башни из земли и веточек, и могут достигать высоты в человеческий рост. Другие напоминают норки.

Всего существует 5 видов муравейников:

• Мини-муравейники. Располагаются в гнилых орехах, небольших расщелинах камней. Эти муравейники размером с монету, и живут в них миниатюрные виды насекомых размером 1-2 мм (род Temnothorax и Leptothorax).
• Муравейники из зеленых листьев. В тропиках муравьи-ткачи используют для жилья живую листву деревьев. Они соединяют листочки между собой при помощи шелка, выделяемого личинками. Все дерево может быть увешено такими домиками, если колония большая.
• Древесные. Строятся в полостях гнилых пней, в трещинах ствола дерева или в листьях (муравейники муравьев-ткачей).
• Земляные. Состоят из системы ходов и камер под землей и могут уходить глубоко в почву. Такой муравейник со временем обретает надземную часть в виде купола из травинок и палочек.
• Крупные муравейники. Принадлежат рыжим лесным муравьям и муравьям-листорезам из Америки. Это те самые муравейники, которые рисуют на картинках с огромным куполом из травинок и хвои. Численность насекомых в них может достигать 5 миллионов. Гнездо, существующее около сотни лет, вырастает до огромных размеров. В Книгу Рекордов России занесен муравейник из Республики Татарстан высотой 2 метра 35 сантиметров и диаметром 4 метра 40 сантиметров.

Муравьи – самые умные насекомые.

7.1. Разумное поведение муравьёв.

Муравьи — единственные в мире существа, поведение которых сильно напоминает человеческое. Только муравьи живут семьями, прокладывают дороги, строят тоннели и многоэтажные жилища, разводят грибы, пасут тлю и только среди них существует «профессиональное» разделение: есть строители и няньки, охотники и сторожа, носильщики и пастухи…

Уже восемь месяцев я наблюдаю за поведением моей муравьиной семьи и с каждым днём всё больше удивляюсь, насколько разумно они себя ведут. Первое время, когда я менял еду в кормушке, муравьи пугались меня и начинали суетиться, прятать личинок, а затем и сами прятались вместе с королевой. Но однажды, спрятав от меня личинки и королеву, сами они не убежали.

Когда я поменял еду и закрыл кормушку, мураши поняли, что ничего страшного не происходит и не надо так пугаться и прятаться. Один из муравьёв долго общался с королевой усиками, но она не выходила из своего тайника. Тогда он залез ей под брюшко и потащил на себе к кормушке.

Я думаю, что он хотел убедить её, что не надо прятаться, опасности нет. Только после этого королева отдала приказ вернуть личинки из тайника. Я уверен в этом, потому что муравьи сразу же стали вытаскивать личинок из тайника и больше от меня не прячутся, а спокойно ждут, когда я проведу все необходимые процедуры.

Однажды мои муравьи заболели, некоторые из них не могли ходить, а просто лежали, поджав лапки. Но их не выгнали из муравейника и не убили. Здоровые муравьи заботились о больных, кормили их. И через несколько дней мураши поправились и вернулись к своей семье.

Этот момент мне удалось сфотографировать с помощью цифрового микроскопа (Фото 35).

Чтобы доказать разумность поведения муравьёв я могу привести и другие факты из жизни моего муравейника, а также результаты проведённых мною экспериментов.

7.2. Почему в муравейнике тепло и чисто.

Чтобы хоть немного согреть муравьёв, я перенёс формикарий на кухню поближе к плите, так как её часто зажигали, когда готовили еду. И вот что я заметил: когда на плите зажигали огонь, один из мурашей вылезал из пробирки поближе к огню и подолгу сидел неподвижно, грелся. А затем тепленьким, нагретым он бежал в гнездо к семье, чтобы согреть остальных и поднять хоть немного температуру в пробирке.

Я прочитал, что именно так поступают муравьи весной, когда муравейник внутри ещё не прогрет, а наверху уже припекает солнышко. Такой же принцип люди используют в метро, хотя мы этого не замечаем. Отопления в метро также нет, вполне хватает «живого» тепла пассажиров. Получается, что люди следуют муравьиным технологиям.

Ещё я заметил, что в пробирке у муравьёв всегда идеальная чистота, нет никакого мусора, весь мусор муравьи уносят в определенное место. А когда муравей возвращался с прогулки в пробирку, он обязательно тщательно вылизывал себе лапки и брюшко. Иногда ему в этом помогал другой муравей. Личинок тоже постоянно моют, облизывая. Не забывают и о королеве. Так в моем домашнем муравейнике мураши поддерживают идеальную чистоту.

7.3. Муравьи различают некоторые цвета.

Чтобы проверить это я использовал маленькие кубики «Лего» разного цвета. Синий кубик я заполнял мёдом, а красный оставлял пустым. Кубики я ежедневно заменял, чтобы муравьишки не оставляли на них своих пахучих следов.

Через несколько дней я оставил оба кубика пустыми и заметил, что муравьи сразу же обследовали синий кубик, значит, они запомнили, что именно в синем кубике может быть еда!

7.4. Муравьи помогают друг другу.

О взаимопомощи в муравьином семействе можно рассказать много. Я наблюдал в лесу, как муравей тащил домой гусеницу, в несколько раз больше самого муравьишки. Ему было очень трудно справиться одному, два других мураша заметили это и стали помогать. Так втроём они и дотащили её до муравейника (Фото 17).

Чтобы убедиться в том, что муравьи всегда приходят друг другу на помощь, я провёл следующий эксперимент: в синий кубик «Лего» я опять поместил мёд (мураши сладкоежки и очень его любят).

К кубику я прикрепил маленькую и очень легкую бумажную шторку с тонкой ниточкой. Сначала ничего интересного не происходило, муравьи не смогли добраться до мёда. Но однажды я увидел, что один муравей ухватился за нитку и оттянул шторку, а другой в это время залез в кубик. Вот такие сообразительные у меня муравьишки!

Прыгающие муравьи из Индии

Способность регулировать объем головного мозга была обнаружена у муравьев вида Harpegnathos saltator, которые обитают на территории Индии. Ранее они были известны только способностью совершать прыжки высотой до 2 и длиной до 10 сантиметров. Длина тела этих созданий обычно не превышает 10 миллиметров. Самки имеют красноватую окраску, в то время как самцы окрашены в более темный цвет. Они являются активными хищниками, причем наибольшую активность они демонстрируют утром и днем. В вечернее время и ночью насекомые отдыхают.

Ранее эти муравьи были известны только тем, что у умеют прыгать

Как и в колониях других муравьев, у них есть королева, которая дает потомство. Как правило, гибель главной самки приводит к исчезновению всей группы муравьев. Но индийские муравьи могут это предотвратить, выбрав себе новую королеву среди рабочих особей. В ходе своеобразной коронации обычные самки начинают тыкать друг в друга сяжками — так называются усики, расположенные на головах насекомых. Неизвестно каким именно образом, но в результате этой дуэли определяется особь, с которой впоследствии происходят очень странные процессы.

Особенности строения и функции организма

Не имея ушей как основных органов слуха, датчики на коленках и ступнях насекомых помогают улавливать вибрации и колебания почвы, так они «слышат» происходящее вокруг.

Их мозг, состоящий из 250 000 клеток, считается самым крупным среди насекомых.

Пищеварительная система организма включает в себя 2 желудка:

1. удовлетворяет индивидуальную потребность в еде;
2. обеспечивает обмен с остальными членами колонии.

Часто встречаются экземпляры, имеющие прозрачный цвет или приобретающие окрас в зависимости от употребляемой еды.

Фасеточные глаза, построенные из множества микролинз, обеспечивают отличное различие движения, однако не передают чёткую и ясную картинку.

Малые огненные муравьи интересны тем, что имеют уникальную способность к естественному клонированию. Представители обеих полов увеличивают свою популяцию совершенно независимо друг от друга, смешение их генофондов не происходит.

Контроль дыхания

В период повышенной влажности или наводнений их способность закрывать органы дыхания – дыхальца – помогает выжить в сложившихся условиях, а порой и погрузиться под воду на некоторое время (2-8 суток).

Защита

Основными инструментами обороны считаются укусы челюстями, жалом или распыление кислоты, которая с успехом применяется как болеутоляющее средство при ревматизме, подагре и артрите. При сверхчувствительности укус может носить достаточно болезненный характер, а определённые виды смертельно опасны или вызывают обильную аллергическую реакцию, анафилактический шок. В таком случае применяют противоядие.

Запах и коммуникация

Благодаря длинным усикам, происходит восприятие запаха, поэтому различить своего родственника от «чужака» достаточно легко. При перемещении по грунту насекомые оставляют за собой свой след в виде феромонов для нахождения обратной дороги в гнездо и предупреждения других особей. Широко используют навыки визуальной ориентации и навигацию по магнитному полю Земли.

Превращение в «зомби»

Один из самых необычных врагов у муравья – мозговой слизень. После заражения спорами этого гриба-паразита муравей превращается в настоящего зомби. Он присоединяется к листу растения на высоте порядка 30 см от поверхности земли, где находится до пикового состояния развития инфекции. Созрев, гриб высвобождается из организма, вследствие чего происходит дальнейшее заражение окружающей среды и других особей. Носитель погибает.

Тропы муравьев

Найти в лесу муравьев очень просто. Рыжие муравьи делают большие муравейники, иногда даже гигантских размеров пару метров в высоту. У муравейника бурлит жизнь — маленькие труженики снуют туда-сюда.

Но и на отдалении от муравейника можно встретить большое количество муравьев. Они бегут по прямой дорожке колонной. Как поток машин на автомагистрали, они движутся в двух направлениях.

Если пойти по дорожке в одну из сторон, то мы найдем муравейник. Но куда же они идут? Для этого нужно пройти в противоположную сторону.

В муравьиной добычи преобладают ветки и другие растительные кусочки

В моем случае муравьи выбрали своей целью высокое дерево. Они поднимаются по стволу и теряются где-то высоко в кроне. Конечная цель муравьиного маршрута стала для меня недосягаемой.

Вероятно, они нашли на дереве какой-то источник пищи. Вот только выяснить его по возвращающимся муравьям непросто. Большинство насекомых возвращаются пустыми, некоторая часть тащит мелкие веточки, кусочки коры и листьев. Мне не попался ни один муравей с добычей.

Неужели они ходят в такую даль, а от муравейника до дерева не меньше 30 метров, лишь для сбора стройматериалов для муравейника. И как им только удается не сбиться с пути?!

И действительно, муравьиная тропа проходит практически по прямой линии между муравейником и деревом. Насекомые выстроили себе магистраль в подлеске и снуют из дома на работу, с работы домой — и так весь день.

В чем причина такого поведения муравьев?

Истинную причину, этого удивительного природного явления, еще никто не знает. Есть несколько интересных гипотез.

Одна из первых гипотез, является о феромонах, которые оставляют муравьи. Когда они ищут себе еду, то оставляют за собой след феромонов. Это связано с тем, что муравьи слепы, поэтому все они делают за счет обоняния. Когда запах развеивается, муравьи думают, что идут по новой тропе, но доходя до места, где запах феромонов еще остался, они путаются и вводят в заблуждение других особей, создавая смертельный круг.

Вторая гипотеза указывает на пересечение троп, которые сделали муравьи. Ученые предполагают, что муравьи просто путаются в многочисленных тропинках, а когда пытаются найти правильное направление, путают свои же метки.

Третья гипотеза про магнитные поля. Некоторые ученые думают, что муравьи, когда оказываются в таинственных, энергетических зонах, начинают вести себя необычно, что способствует образованию смертельных каруселей. Это самая молодая гипотеза из всех вышеперечисленных.  

Изучение муравьев ведется на протяжении многих лет. Людям интересна жизнь этих маленьких трудяг. В современном мире даже создают специальные домашние формикарии для размножения муравьев, то есть заводят их как домашних животных. Точного вердикта, почему муравьи начинают бегать по кругу до смерти, никто дать не может. Этот феномен еще предстоит полному изучению. Но причины муравьиного круга смерти, которые нам уже известны, ты можешь прочитать в этой статье. Стоит отметить, что обычно этот круг чаще всего воссоздается на открытой местности и никак не грозит человеку.

Как выглядит муравей насекомое

Внешне тело насекомого состоит из трёх сегментов. Голова крупная, средних размеров грудь и объёмистое брюшко, которое оканчивается жалом. У ископаемых видов — это яйцеклад, теперь — после изменений — оружие для защиты и охоты.

Строение тела муравья

Отличительная особенность этого вида насекомых — узкая талия между брюшком и грудью, а также наличие метаплевральной железы. Секретирующий орган вырабатывает особые пахучие вещества. Этот запах помогает узнавать своих сожителей и отличать чужих сородичей, которые попадаются на пути. Есть муравьи, железа которых выделяет феромоны тревоги и вещество для защиты от врагов. Миллионы лет насекомые обмениваются зашифрованными данными и прокладывают тайные тропинки. Но люди пока не могут понять секретные коды санитаров леса, поэтому не могут разгадать способ управления множеством крошечных созданий.

Причины дискалькулии

Слабая обработка оптической информации, как полагают специалисты, – наиболее распространенная причина возникающих трудностей при изучении и понимании математики. Без умения зрительно представить число и конкретную математическую задачу нельзя хорошо знать и понимать предмет. Наличие у ребенка проблем при обработке зрительной информации носит название «невербальные учебные трудности». А если они являются основой неуспевания школьника по математике, то нередки и трудности с грамотностью и выработкой хорошего почерка. Но такие особенности психики не всегда приводят к проблемам с чтением и письмом.

Проблема установления последовательности. Ученики с этой проблемой нередко испытывают серьезные трудности, когда нужно запоминать факты, учить формулы, без которых нельзя произвести математические вычисления. У таких детей к проблемам с математикой добавляются трудности с получением знаний и формированием навыков в разных сферах знания: чтение, выработка грамотности – предметы, требующие запоминания фактов и деталей. Трудно устанавливать последовательности людям, у которых выявлены дислексия или дисграфия.

Математическая фобия – паническая боязнь математики и как школьного предмета, и как науки, связанная с неоднократным отрицательным опытом, полученным в прошлом. В некоторых случаях она доставляет большое количество неприятностей и дает много негативных эмоций, что пагубно для психики ребенка.

Как проводится коррекция дискалькулии

Коррекцию (лечение) проводят в поликлинике или специализированном медицинском центре. Этим занимаются следующие специалисты: психоневролог, невропатолог, детский психолог, логопед. Основное лечение проводится в игровой форме, могут быть использованы специализированные компьютерные программы и интерактивные занятия ребёнка со специалистом.

В среднем, для устранения проблемы требуется провести 30–90 занятий, в тяжёлых случаях их число доходит до 250.

Методы и упражнения для коррекции:

• решение задач, приближенных к жизненным ситуациям (в магазине, в семье, на прогулке);
• имитация предметов палочками, спичками, пуговками и другим подручным материалом;
• создание педагогом схем, памяток, содержащих алгоритм выполнения заданий;
• переход от вербального проговаривания своих действий во внутренний план;
• измерение предметов линейкой, определение величины на глаз, взвешивание сыпучих предметов, измерение объёма жидкостей;
• обучение автоматическому восприятию групп предметов до пяти штук, все составляющие группы должны иметь разный цвет и размер;
• сопровождение решения задач рисунком, который выполняет ребёнок.

Различные игры для маленьких пациентов, страдающих данной патологией, направлены на обучение счёту и выполнению элементарных математических действий. Малыша обучают сортировке предметов по разнообразным характеристикам. После этого специалист помогает ребёнку осваивать простые математические задачи и действия. В ходе обучения необходимо добиться того, чтобы маленький пациент понял последовательность совершаемых им банальных операций и действий. Далее ребёнку объясняют, как правильно раскладывать числа и объекты на части, собирать их в единое целое.

Далее ребёнок учится правильно применять выученные термины и слова в быту, в разговоре с родственниками, сверстниками, друзьями

Особое внимание необходимо уделять переводу произносимых символов в письменную форму. Ребёнок должен обязательно научиться правильно писать числовые значения и арифметические знаки

Совместно с коррекцией дискалькулии необходимо также проводить развитие абстрактного и логического мышления, зрительной памяти, ориентации в пространстве и музыкальных способностей у малыша. Он должен учиться самостоятельно контролировать свои действия и способность грамотно распределять личное время.

Для лечения данного нарушения у ребёнка или взрослого врачи могут назначить определённые медикаментозные препараты, такие как Глицин, Кортексин и витамины группы B. Именно врачи, но никак не логопеды или дефектологи (к сожалению, они часто назначают препараты, хоть и не имеют на это права).

Что это такое?

Муравьиный круг смерти — это явление, которое начинается с того, что несколько муравьев без какой-либо весомой причины начинают бегать по замкнутому кругу. Постепенно участники данного хоровода увеличиваются, образуя круг большего диаметра. Выбраться из такого круга невозможно. Муравьи бегают по кругу до полного истощения. Они не покидают его, что впоследствии приводит к их смерти. Когда такое действие происходит в дикой природе, то животные, увидев это, пугаются и бегут подальше от карусели.

Все это происходит из-за того, что муравьи слепы, их все надежды на осязания, иногда, играют злую шутку. 

Самый большой круг был зафиксирован в 1920 году в Гайане одним путешественником. Карусель была диаметром 365 метров, и ее продолжительность составляла 2 дня. 

История изучения муравьиных кругов

Современные ученые, такому явлению, дают предположительное объяснение, что это феромонный след. Феромонами обладают некоторые муравьи, которые добываю пищу. Они находятся у них на усиках, которые близко расположены к земле. Добываю пищу они помечают себе путь феромонами для того, чтобы впоследствии легче было найти местонахождения пищи. Муравьи, пометив дорогу следом, двигаются строго по нему. В один момент происходит сбой, который приводит к замкнутому кругу. Они не понимают, что они находятся в обреченной для них ловушке. Муравьи ходят по непрерывному кругу, вовлекая своих сородичей, которых встретят на своем пути. Возможным объяснением сбоя является то, что муравьи очень долго могут ходить за пищей. За время, проведенное в пути, феромоны теряют силу запаха и муравьи, идя по своему следу, оказываются в тупике.

Изучения этого явления начали еще в 20 веке. Ученый по имени Уильям Мортон Уилер в 1910 году заинтересовался тем, что муравьи в лаборатории стали бегать по кругу. Действие длилось 46 часов. На тот момент, дать логического объяснения не получилось.

Зоолог Уильям Биб заметил это же явление через, 11 лет, уже в дикой природе. Круг, который он увидел, был диаметром в 360 метров. Действие продолжалось около двух дней. Тысячи особей погибло. Но некоторые смогли выйти из этой карусели. Уильям после своего путешествия по Гайане написал книгу “Край джунглей” в которой описал данное явление.

В 1944 году, американский ученый Теодор Шнейрл дал подробное описание этого явления и дал ему название “карусель смерти”. К сожалению, как образовывается этот круг и его причины, ученым выяснить не удалось.

Как живут муравьи

С одной стороны, эти маленькие насекомые вызывают симпатию своим трудолюбием, однако многие огородники и садоводы долгие годы безуспешно пытаются с ними бороться

Живут муравьи колониями, внутри которых четко распределены обязанности, и нередко выбирают для своего муравейника место, важное для человека. Совет

Совет

Уничтожить на садовом участке жилище вредоносных насекомых можно при помощи простого народного средства: смешать 5 л воды с уксусом, подсолнечным маслом и жидким мылом (по 1 стакану каждого компонента), полить этой смесью муравейник. После его накрывают полиэтиленовой пленкой на сутки. Большая часть насекомых, в том числе и матка, будет истреблена.

Внутри колонии царит четкая иерархия, все обязанности строго распределены. Насекомые относятся к группе общественных и четко разделены на три касты:

• матка (она всегда одна),
• рабочие особи,
• самцы.

За каждой кастой закреплены собственные функции, невыполнение которых недопустимо.

Ресурс «ВредСтоп» провел небольшое исследование и выяснил, что среди муравьев есть и рабовладельцы: они похищают личинок из муравейников других колоний и воспитывают их как рабов, обреченных всю жизнь делать самую сложную работу.