Ученые раскрыли странное поведение муравьев
Муравьи-листорезы — удивительно комплексные, социальные насекомые, которые владеют не только строят архитектурные чудеса под землей, но и выращивают урожаи грибов с профессионализмом опытных фермеров. Портал popsci.com рассказал, как они строят свои муравейники, и чем их поведение непохоже на многих других муравьев.
Муравьи впервые овладели сельским хозяйством десятки миллионов лет назад. Доисторические фермеры с тех пор разделились на 250 видов, большинство из которых кормят свои грибы мертвыми растениями, пометом насекомых и другим мусором. Но одна элитная ветвь научилась подкармливать грибки с помощью свежей растительной материи — ей были первые муравьи-листорезы, чья инновация позволила им строить муравейники в индустриальных масштабах. На сегодняшний день семейство листорезов насчитывает 50 видов, обитающих в теплых регионах от Техаса до Аргентины.
Первыми строительницами любого муравейника выступают королевы. Новоиспеченные главы колоний улетают из родного муравейника, сжимая в челюстях фрагменты грибка — для будущего посева. Они размножаются с самцами в полете, после чего ищут место для приземления. Подыскав подходящий уголок, королева выкапывает тоннель с комнатой в конце; представительницы некоторых видов замуровывают себя внутри, чтобы откладывать яйца и положить начало грибному саду. Потому они и подходят к выбору локации очень тщательно: правильное место и глубина тоннеля могут быть критически важными для выживания колонии.
Дилемма королевы в том, что она должна беречь силы, пока ее дети не станут достаточно взрослыми, чтобы заботиться о ней, параллельно найдя оптимальное место для выращивания грибов. Если оригинальная комната достаточно хороша, то потомство можно прокормить грибами. Если нет, то едва зародившаяся колония может погибнуть.
В экспериментах с видом Atta sexdens специалисты обнаружили, что большинство королев погибали в течение первых девяти недель после создания тоннеля. А в 2022-м бразильские ученые выяснили, что королевы этого вида копают более глубокие гнезда и чаще выживают в оттененной, влажной почве. Для сравнения, Atta vollenweideri принимают решения, отталкиваясь от времени и расстояния. Их королевы в оптимальных условиях прокапываются примерно на фут под землю, но если они не достигают этой глубины за 20 часов, то строят «тронный зал» там, где заканчивается тоннель. Вероятно, они измеряют глубину тоннеля, подсчитывая движения тела — примерно так же, как человек может замерить расстояние по шагам.
По завершению комнаты роль королевы в строительстве муравейника завершается. С этого момента форма растущего мегаполиса определяется решениями ее отпрысков. Но для того, чтобы понимать их решения, нужно понимать грибок: бледный, губчатый вид Leucoagaricus gongylophorus, который нуждается в тщательной заботе. Он требует тепла, влаги и защиты от высокой концентрации углекислого газа. Муравьи-листорезы учитывают все три параметра; у них есть редкая способность чувствовать абсолютные уровни углекислого газа, а их чувствительность к температурам почти такая же, как у гремучих змей. Ощущая, что условия перестали подходить грибам, они перемещают и урожай, и потомство.
А некоторые виды в Южной Америке вообще не строят подземные тоннели. Они выращивают грибы на уровне земли и накрывают их утеплительным покровом из фрагментов растений, причем под таким покровом грибам даже теплее, чем в почве. Муравьи также периодически «открывают форточку» в своей теплице, если там становится слишком жарко, и закрывают — если вдруг холодает или воздух становится сухим.
Вариации в типах гнезд могут существовать даже в рамках одного вида. Например, колонии Acromyrmex lundii роют маленькие подземные гнезда в теплых регионах, но строят наземные муравейники с утеплением в холодах. Причем у них есть специфические предпочтения по температуре: если почва вдруг холодает, муравьи-рабочие прекращают раскопки и ищут другое место.
Примечательно, что изучение A. lundii в целом помогает получше рассмотреть принципы муравьиной инженерии. Они прокапывают новые тоннели по мере роста популяции, но не увеличивают комнаты, если в них нет грибов: их стараются почти не трогать, оставляя достаточно места между грибами и стенами комнаты, чтобы рабочие могли перемещаться. Но как тогда они «решают», где вырыть новую комнату? Листорезы размещают личинки и грибы там, где находят оптимальные условия, а такое место может найтись хоть посреди тоннеля.
Одна гипотеза объясняет это тем, что муравьи реагируют на нехватку места. Личинки могут привлечь внимание рабочих к определенной точке, что вызовет толкучку и, в свою очередь, мотивирует их копать. По факту, скопление муравьев в одном месте может вдохновить их на раскопки, даже если рядом нет личинок или грибов. «Пробки» в узких секциях тоннелей приводят к реновациям до тех пор, пока скорость трафика не нормализуется; возможно, листорезы оценивают положение по тому, как часто они встречаются с другими муравьями.
Пожалуй, самой необычной архитектурной инновацией среди листорезов могут похвастать A. vollenweideri — муравьи из Аргентины. Они строят вокруг входов в свои тоннели пристройки, которые ученые называют турелями. Некоторые по форме похожи на вулканы, другие — на хижину какой-то болотной ведьмы, испещренную окнами. Но у них практическая функция: турели формируют часть системы вентиляции. Ветер набирает скорость, проходя над муравейником, что создает область сниженного давления наверху. Она вытягивает воздух из самых верхних отверстий, генерируя негативное давление, которое проталкивает свежий воздух через дыры в основании муравейника. А турели усиливают этот эффект, поднимая самые высокие «окна» еще выше.
A. vollenweideri нужна хорошая вентиляция, потому что они селятся в насыщенных глиной почвах, которые удерживают углекислый газ — он вырабатывается и муравьями, и грибами. Хотя первые могут дышать воздухом, в котором содержится много углекислого газа, для вторых он губителен. Именно поэтому муравьи решают, сколько окон им нужно построить, отталкиваясь от того, какая концентрация газа протекает через тоннель под турелью.