Стройка без прораба

Как муравьям удаётся слаженно строить гнёзда без какого-либо управления

Алексей Калько

Колонии социальных насекомых, такие как муравьи, термиты, пчёлы или осы, строят очень замысловатые и разнообразные жилища. Гнёзда очень важны в развитии колоний – они защищают от хищников, являются местом хранения пищи, обеспечивают нужный микроклимат. Структура муравейника обычно состоит из сети подземных тоннелей соединяющих друг с другом многочисленные «комнаты» насекомых, а также часто надземного холма.

Эти гнёзда особенно интересны не только своей невероятной сложностью, но ещё и тем, что эти эффективные и пластичные структуры строят отдельные особи, без какой-либо централизованной координации или управления. Кроме того, удивительной особенностью является способность перестраивать гнёзда при изменении внешних условий или размера колонии.

Исследователей по всему миру давно интересует, как муравьи, одни из самых высокоорганизованных социальных насекомых, общаются и взаимодействуют между собой. И главное, как тысячи муравьёв при строительстве многоуровневых гнёзд координируют действия и распределяют обязанности между собой без какой-либо руководящей «центральной власти». Особенно учитывая тот факт, что они обладают совсем миниатюрным мозгом. Ведь для этого нужно, чтобы миллионы отдельных действий тысяч насекомых приводили к результату, который отвечает требованиям внешней среды.

Недавнее исследование, проведённое группой французских учёных из Университета Поля Сабатье (Тулуза), Университета Нанта и Национального центра научных исследований Франции, приоткрыло завесу этой тайны (пускай и совсем чуть чуть, так как очень многое ещё предстоит узнать) на примере муравьёв вида Lasius niger. Результаты работы были опубликованы в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.1

Этот вид, помимо непосредственного выкапывания тоннелей в почве, зачастую также формирует из почвенного материала гранулы, из которых строит в естественных полостях или в поле замысловатые структуры, например, колонны, расположенные примерно в десяти миллиметрах друг от друга. Маленькие строители продолжают возводить столбы до тех пор, пока их высота не достигает роста муравья. После этого насекомые переключаются на укладывание песка по бокам опоры, создавая основу для строительства крыши.

Понять принципы строительства гнёзд социальными насекомыми – не всегда простая задача, потому что не так просто проследить за действиями насекомых внутри гнезда. Учёные использовали совместно как экспериментальные методы, так и 3Д-моделирование.

Photo: Guy Theraulaz / CRCA / CNRS (Toulouse)

Построенные муравьями «опоры» в чаше Петри

Сперва они взяли естественные гнёзда, и с помощью рентгеновской компьютерной томографии построили их трёхмерные карты, чтобы затем сравнить с результатами компьютерных симуляционных моделей.

Для того, чтобы проследить за процессом строительства гнезда в динамике, учёные поместили около 500 муравьёв в чашу Петри с небольшим слоем влажного строительного материала – песка и глины. Затем они наблюдали, как насекомые организуются и начинают строить свои дома. Всего спустя несколько часов муравьи приступили к работе и начали возводить первые опоры (см. видео ниже).

Затем учёные обнаружили, что муравьи ведут работы там, где их сородичи уже начали возводить опоры. Они выяснили, что насекомые добавляют в строительный материал феромоны,2 которые привлекают других муравьёв и подсказывают им, где нужно продолжать строить, заставляя их отказаться от строительства в другом месте. В результате гранулы помещаются друг на друга, образуя колонны. Можно сказать, что таким образом муравьи оставляют своеобразные химические сигналы, или инструкции своим собратьям, и общими усилиями в итоге они и сооружают гнездо. Учёные проверили свои догадки экспериментом. Они построили столбы, которые были идентичны муравьиным, но насекомые просто проигнорировали их и не стали достраивать гнездо.

В данном случае пока неизвестно, какие именно феромоны использует этот вид муравьёв. Но с помощью имитационного моделирования французские исследователи попытались лучше понять роль феромона в строительстве. Результаты моделирования чётко показали, что феромон является ключевым фактором для создания положительной обратной связи в процессе постройки основных элементов гнезда.1 Более того, время жизни феромона влияет на расстояния между соседними опорами. А поскольку оно прямо зависит от климатических условий (температура и влажность), видимо, именно феромон играет ключевую роль в изменении особенностей гнезд этого вида муравьёв. То есть, например, в сухой среде их действие прекращается быстрее, поэтому строится меньшее количество опор. В результате получаются более просторные «помещения», которые вмещают большее количество муравьёв, что лучше для сохранения влажности. Во влажной среде, наоборот, феромоны дольше сохраняют своё действие и, соответственно, воспринимаются насекомыми. В таких гнёздах обнаружено большое количество столбов и менее просторные отсеки.

Чем больше мы узнаём об удивительных творениях, живущих вокруг нас, тем лучше понимаем, насколько прав был псалмопевец:

Ты возвеселил меня, Господи, творением Твоим: я восхищаюсь делами рук Твоих.
Как велики дела Твои, Господи! дивно глубоки помышления Твои!

/Псалом 91:5–6/


Процесс построения опор муравьями в чаше Петри

Статьи по теме

Ссылки и примечания

  1. Anaïs Khuong et al., Stigmergic construction and topochemical information shape ant nest architecture, Proceedings of the National Academy of Sciences 113(5):1303-1308, 2 февраля 2016 г. http://www.pnas.org/content/113/5/1303.full.pdf Назад к тексту
  2. Феромоны – это душистые летучие вещества с небольшой молекулярной массой, выделяемые специальными железами в малых количествах многими представителями животного мира, и участвующие во взаимодействии между особями одного вида. https://ru.wikipedia.org/wiki/Феромоны Назад к тексту

ПРИСОЕДИНЯЙТЕСЬ!

Наверх