User:Macn04
Contents
Simulace: Šíření houby Ophiocordyceps mezi mravenci
V rámci této práce jsem vytvořila simulační model, který zkoumá dynamiku šíření houby Ophiocordyceps unilateralis v mravenčích koloniích. Cílem simulace je získat poznatky o tom, jak parazit manipuluje hostitelem a jaké faktory ovlivňují rychlost a rozsah infekce. Model je navržen v prostředí NetLogo a umožňuje testovat různé scénáře šíření infekce a analyzovat výsledky bez nutnosti experimentování s reálnými populacemi.
Definice problému
V práci zkoumám šíření houby Ophiocordyceps unilateralis, která je také přezdívána jako "zombie houba", která infikuje dělnické jedince, mění jejich chování a vyvolává tzv. "death grip". V jednoduchosti infikovaný mravenec je ovlivněn houbou tak, aby opustil mraveniště, zemřel v jeho okolí a umožňoval růst houby, která po dozrání vypustí spory a infikuje další jedince. Cílem simulace je kvantifikovat rychlost a rozsah šíření infekce v závislosti na klíčových parametrech, jako jsou velikost kolonie, pravděpodobnost přenosu a délka inkubační doby.
Metoda
Pro implementaci byla zvolena multiagentní platforma NetLogo, která umožňuje simulovat jednotlivé mravence jako nezávislé agenty a okolní prostředí jako patche.
Popis modelu
Agenti: mravenci
Stav/state
healthy, infected, dead, carried (zabitý jiným mravencem v rámci obrany kolonie)
Parametry
infection-time (čas, kdy došlo k nákaze), fungus-growth-timer (čas růstu houby po smrti), target-patch (cíl pro fázi "death grip")
Plocha/patches
- nest?: identifikátor hnízda
- spore-timer: délka infekčnosti po úmrtí mravence
- strange-pheromone: síla feromonu u infikovaných mravenců
Visualizace
- Feromon je zobrazován jako odstín fialové (scale-color magenta).
- Spory jsou reprezentovány červenými patchemi.
- Mraveniště je hnědé.
- Zdraví mravenci černí, infikovaní černí/červení, mrtví šedí nebo bílí.
Parametry na sliderech
• infection-chance: pravděpodobnost nakažení • incubation-period: doba inkubace houby • fungus-growth-time: doba růstu houby po smrti • spore-lifetime: jak dlouho vydrží spory infekční • pheromone-decay-val: rychlost rozptylu feromonu • population-growth-rate: procentuální denní přírůstek z počtu zdravých mravenců • spore-radius: dosah spor při plném růstu houby • aggression-mode: 0 (otupělí mravenci = nereagují na feromony, ani na infekční oblasti), 1 (snaží se infikovaným mravencům a místům vyhýbat), 2 (po detekci zabíjejí infikované jedince)
Reprodukce
Každé ráno se v hnízdě narodí noví mravenci. Jejich počet je určen procentuálně dle četnosti živých (nezabitých) mravenců v kolonií podle slideru population-growth-rate. Pokud je populace menší než 50, k rozmnožování nedochází.
Zastavení simulace
Simulace se automaticky zastaví, pokud počet zdravých mravenců klesne pod 10, nebo jich nezbude vůbec.
Výsledky
V rámci svého zkoumání jsem si simulaci chtěla vyzkoušet v rámci rozdílů v parametru aggression-mode. Simulace tedy probíhala ve třech variantách podle proměnné aggression-mode:
- Aggression-mode 0 (pasivní reakce) – zdraví mravenci nijak nereagují na infikované jedince ani na kontaminovaná místa.
- Aggression-mode 1 (vyhýbání se infekci) – mravenci se pokoušejí vyhýbat jak nakaženým, tak sporám v okolí.
- Aggression-mode 2 (aktivní eliminace) – po detekci nákazy zdraví mravenci infikované jedince aktivně zabíjejí.
aggression-mode 0: Během 32 dnů infekce pohltila skoro celou kolonii a počet zdravých jedinců klesl pod 10, čímž se simulace ukončila.
Aggression-mode 1: Vyhýbání zpomalilo šíření infekce, ale ani tak se kolonie neudržela a zdravých jedinců zůstalo pouze 6. Simulace byla ukončena ve 25. dni.
Aggression-mode 2: Tato strategie se ukázala jako nejúspěšnější. Díky agresivnímu zásahu zůstalo zdravých 990 mravenců, a to již po 4 dnech simulace. Infikovaní byli rychle eliminováni a infekce se díky tomu nebyla schopná rozšířit.
Na základě této sady simulací mohu konstatovat, že míra kolektivní reakce má zásadní vliv na dynamiku šíření nákazy. Agresivní přístup byl jednoznačně nejúčinnější.
Závěr
Vytvořený simulační model zachycuje klíčové aspekty šíření parazitické houby v mravenčí kolonii a ukazuje, jak rozdílné strategie chování ovlivňují přežití populace. Díky možnosti měnit parametry jako inkubační doba, šíření spor nebo obranné reakce bylo možné pozorovat komplexní interakce mezi agenty a prostředím bez nutnosti reálného experimentování. Simulace jasně prokázala, že kolektivní chování a aktivní obrana výrazně zvyšují šanci kolonie na přežití. Model je ideálním nástrojem nejen pro pochopení dynamiky biologických invazí, ale i pro výuku, hypotetické scénáře či jako základ pro budoucí rozšíření směrem k adaptivnímu chování nebo ekologickému modelování.
Reference
Petruzzello, M. (2025, April 10). zombie-ant fungus. Encyclopedia Britannica.
Wu, P., Qin, Q., Zhang, J., Zhang, H., Li, X., Wang, H., & Meng, Q. (2022). The invasion process of the entomopathogenic fungus Ophiocordyceps sinensis into the larvae of ghost moths (Thitarodes xiaojinensis) using a GFP-labeled strain. Frontiers in microbiology, 13,974323.
https://ento.psu.edu/files/dh2
https://microbewiki.kenyon.edu/index.php/Ophiocordyceps_unilateralis
