Как муравьи находят путь домой

Каким образом муравьи находят дорогу домой в муравейник

То, как муравьи находят дорогу домой, изучали и продолжают изучать тысячи ученых. И не просто так: в этой способности насекомых задействовано множество механизмов, позволяющих по-новому взглянуть не только на мир насекомых, но и на способности самого человека.

Как выяснилось, муравьи находят дорогу домой сразу несколькими способами. Они используют для этого:

• ориентацию по солнцу, хотя большинство людей сами по солнцу вряд ли смогут сориентироваться в пространстве
• запоминание пейзажей и различных предметов
• химические методы
• «встроенный» шагомер
• магнитное поле Земли.

И, как осторожно замечают специалисты-мирмекологи (ученые, изучающие муравьев), они вполне допускают наличие и других механизмов, позволяющих муравьям безошибочно находить дорогу домой, но еще не изученных человеком. Хотя каждый из отмеченных выше способов сам по себе очень эффективен и может обеспечить муравьев безошибочной навигацией.

Тягу к месту своего обитания или рождения ученые называют словом «хоминг» (от англ. Home – дом). Оно особенно ярко проявляется у лососей, которые безошибочно находят реку, в которой вылупились мальками из икры, после долгих лет обитания в океанических просторах.

Химические метки на маршрутах

Химическим способом ориентации пользуются все без исключения муравьи. Для них вообще характерна высокая чувствительность к запахам и склонность именно к химической коммуникации. Звуков муравьи не издают, а у некоторых видов рабочие особи вовсе слепы, и запахи для них остаются единственным способом общения, поиска пищи и ориентирования в пространстве.

Для коммуникации и формирования меток муравьи используют различные феромоны, специфичные для каждого вида и для каждой конкретной ситуации. В том числе — и для пометки маршрутов.

Запахи также используют многие муравьи-рабовладельцы и насекомые, паразитирующие в муравейниках. Например, научившись вырабатывать феромоны, свойственные конкретному виду муравьев, они проникают в их жилища и там либо питаются запасами муравьев или их яйцами, либо похищают личинок, либо просто обитают в комфортных для них условиях.

Для возвращения в муравейник каждый муравей по мере своего движения оставляет микроскопические запаховые метки. И дорожки, по которым насекомые перемещаются особенно часто, выглядят для них, как для человека — скоростные шоссе. А «протоптанные» один раз — словно тропинка в лесу.

Очень важно и топохимическое чувство у муравьев, благодаря которому они могут определять не только запах метки, но и её размеры и направление. Такой тонкости обоняния нет даже у собак: охотничий пес, наткнувшись на след зайца, может ошибиться в направлении движения добычи. Муравей же, встретив химическую метку, будет точно знать, где находятся предыдущая и последующая метки, а также в какой стороне лежит муравейник, а в какой — источник пищи.

Не стоит рассматривать эту способность муравьев как рисование феромонами своеобразных стрелок. Это — визуальная интерпретация такого феномена, но работает она по тому же принципу: в количестве пахучего вещества и его запахе для насекомого и закодирована вся необходимая информация.

Для того чтобы сбить с толку муравьев, достаточно «перебить» запах их дорожной метки более сильным ароматом. Простого обрызгивания троп дезодорантом достаточно для этого. Однако благодаря врожденному трудолюбию муравьи очень быстро восстановят первоначальную тропу.

Таким образом, каждая тропа муравьев — это своеобразная дорога с большим количеством указателей направления, понятных каждой рабочей особи.

Физические объекты как надежные ориентиры

Запоминание расположения разных предметов и элементов пейзажа, так понятное нам, характерно и для муравьев. Однако учитывая размеры самих насекомых, такой способ ориентирования имеет у них некоторые особенности.

• Муравьи запоминают предметы своего масштаба: кустики травы, отдельные камни, трещины в земле. Было бы чересчур опрометчиво ожидать о них ориентирования по зданиям и рекам.
• Систему своеобразных снимков территории муравей активно дополняет навигацией по небесным светилам. В лабораторных экспериментах было выяснено, что если кормовую площадку муравьев с муравейником повернуть относительно Солнца, не меняя положения наземных ориентиров, насекомые приходят в замешательство. Разумеется, в природе таких ситуаций не случается, что делает такую систему очень надежной: если вокруг муравейника серьезно изменить ландшафт (расчистить, например, траву), насекомые все равно сориентируются по Солнцу.

Интересно, что некоторые муравьи активно обучают своих товарищей находить дорогу домой и участок с пищей. Причем такое обучение вовсе не похоже на простое следование одного фуражира (члена муравейника, специализирующегося на добывании пищи) за другим: если «ученик» отстает от «учителя», учитель его ждет и помогает найти оптимальный путь.

Ориентация по Солнцу

Способность муравьев ориентироваться по Солнцу очень сложна и до сих пор активно изучается.

Во-первых, муравьи могут учитывать направление на Солнце даже при кратковременных и небольших перемещениях.

Во-вторых, эти насекомые умеют делать поправку на смещение светила с течением времени. Даже если муравей убегает из муравейника утром, а возвращается только к полудню, он учтет, что за это время Солнце поднялось над горизонтом.

В-третьих, в глазах муравьев есть специальные клетки, которые учитывают направление солнечного света. Так им не приходится делать никаких расчетов: их мозг сам получает из целевых клеток информацию и делает нужную поправку.

Ориентир — магнитное поле Земли

Ещё окончательно не известно, используют ли ориентацию по магнитному полю Земли все муравьи, или только исследованные специально с этой целью муравьи-листорезы. Но в результате эксперимента выяснилось, что при нарушении запаховых меток и при отсутствии солнечного света поведение муравьев можно было изменять, внося определенные помехи в магнитное поле в области передвижения насекомых.

Скорее всего, какой-либо из органов муравья работает в режиме компаса, улавливая направление на север, что при совмещении с другими системами ориентирования помогает насекомым находить нужное им направление движения. С его помощью муравьи находят дорогу домой даже в сумерки, когда Солнце уже скрывается за горизонтом.

Муравьи находят дом… считая шаги!

И это открытие в области поведения муравьев оказалось самым большим сюрпризом для этологов: многие виды муравьев для поиска корма считают количество шагов, проделанных в определенном направлении. Сегодня ученые считают даже, что муравьи подсчитывают шаги между каждым поворотом.

Такую способность обнаружила исследовательская группа, которая провела не самый этичный эксперимент: нескольким муравьям из одного и того же муравейника были подрезаны лапки, а ещё нескольким — на лапки же приклеены миниатюрные ходули. Группа «коротконогих» муравьев оканчивали свой путь к корму, не доходя до него, группа же «муравьев на ходулях» успешно пробегала участок с пищей и начинали искать корм дальше, там, где его нет.

У большинства видов муравьев при поиске дороги домой и в целом при ориентировании в пространстве сочетаются если не все перечисленные, то несколько из описанных способов, что повышает точность нахождения нужного маршрута. Для многих муравьев это особенно важно. Например, представители видов, обитающих в пустынях, рискуют просто сгореть на солнце или погибнуть от обезвоживания на поверхности земли с температурой около 50°С, если в нужное время не сумеют вернуться в прохладную нору.

Не исключено, что муравьи в будущем подарят людям ещё несколько сюрпризов в области ориентирования в пространстве.

Источник

Как муравьи находят дорогу домой?

Они находят обратную дорогу, используя сложную математику!

Пустынный Муравей (Cataglyphis fortis), который обитает в Сахаре, очень часто совершает свои путешествия в поисках пищи зигзагообразными путями за сотни метров от дома. Не смотря на почти полное отсутствие каких-либо ориентиров или знаков, он легко может найти путь домой, избрав при этом совершенно другой маршрут.

Существовало несколько объяснений этой способности муравьёв, но исследователи из Германии и Швейцарии 1 провели тщательный эксперимент, который исключил применение этими насекомыми каких-либо визуальных ориентиров или указателей времени и энергии. Например, когда в ходе этого эксперимента муравьи были помещены на полностью серую и ровную поверхность, муравьи всё равно безошибочно находили дорогу домой.

Данное свидетельство подтверждает то, что муравьи обладают встроенным одометром, который для вычисления пройденного пути выполняет сложную математическую операцию, называемую интегрирование пути. Муравьи оснащены математической способностью находить дорогу домой с легкостью для них.

То есть, маршрут муравьев делится на маленькие векторы, каждый с определённой длиной и направлением. Все эти векторы соединяются в общий «возвращающий домой» вектор, который и указывает направление и общее расстояние к их муравейнику.

Но как же насчет находящихся на пути муравьёв неровностей, являющихся для них целыми «холмами» и «долинами» и заставляющих этих насекомых проделывать более долгий путь домой по сравнению с совершенно ровной поверхностью? Для того, чтобы это выяснить исследователи провели эксперимент в группах из 21 муравья, тренируя их на маршрутах, состоящих из многих симметричных высоких холмов и глубоких долин (по муравьиным меркам), с целью нахождения пищи. Муравью нужно было пройти путь длиной 8.7 м, что соответствовало всего лишь расстоянию в 5.2 м на плоской поверхности. Затем исследователи изменили эту неровную поверхность на ровную поверхность. Оказалось, что муравьи проходили более короткое расстояние, которое было очень близким к расстоянию на плоской поверхности (т.е. 5.2 м).

Затем сделали наоборот: 17 муравьёв поместили на плоскую поверхность для того, чтобы они добирались до источника пищи, который находился на расстоянии 5.2 м от них. Затем эту поверхность изменили на неровную поверхность (т.е. с холмиками и долинами) и оказалось, что муравьи проходили расстояние очень близкое к расстоянию поверхности, составляющее примерно 8.7 м (учитывая холмики и долины).

Проводя подобные эксперименты на асимметричных подъемах (холмиках), исследователи исключили возможность того, чтобы муравьи использовали лишь траектории подъёмов или лишь траектории склонов.

U-образная дорожка, имеющая вид зубьев пилы (схема сверху) была основой эксперимента. Муравьи должны были перелазить через искусственные холмики в поиске пищи, которая располагалась в конце дорожки (схема по середине). Когда муравьёв помещали на разработанную ровную поверхность, они проходили более короткое расстояние, равное длине проекции «холмистой» местности на воображаемую горизонтальную плоскость до начала поиска пищи (схема снизу).

Это означает, что муравьи, очевидно, обладают способностью вычислять горизонтальную проекцию пройденного расстояния. То есть, изображение векторов маршрута муравья отражается на воображаемом плоском экране, который находится под местностью, по которой движется муравей, и интегрирование пути выполняется в этой двухкоординатной плоскости. Чтобы это осуществлять, муравьи каким-то образом должны уметь измерять наклоны и умножать пройденное расстояние на косинус угла наклона, чтобы определять соответствующую длину горизонтального расстояния.

Очевидно, муравьи используют внутреннее чувство, называемое проприоцепция, которое животные и люди используют для того, чтобы определять расположение частей своего тела. Вероятно, муравьи измеряют углы тем же самым способом, что и чувствуют гравитацию, т.e. с помощью проприоцепторов. Они расположены на разных местах соединения подвижных частей тела. Проприоцепторы представлены расположенными рядом специальными пластинками, которые выполняют резервную функцию, чтобы один мог принимать функцию другого в случае хирургического удаления. Всё это усложняет определение того, какие именно механизмы задействованы в точном определении расстояния местности.

Другим альтернативным механизмом, помимо горизонтальной проекции, считается ещё более сложное трёхмерное интегрирование пути, которое исследователи планируют изучать. Один из предложенных способов исследования заключается в следующем: муравьи должны обнаружить пищу, которая находится в конце наклонной плоскости, а затем муравьев помещают на поверхность, состоящую из полностью горизонтальной дорожки и полностью вертикальной дорожки на конце, где горизонтальная проекция равна нулю. Если муравьи вычисляют горизонтальную проекцию, то они не пойдут по вертикальной дорожке, а станут искать пищу в конце горизонтальной дорожки, которая соответствует расстоянию поверхности. Но если они выполняют трёхмерное интегрирование, то тогда они будут взбираться по вертикальной дорожке в поисках пищи. 2

Если бы муравьи, задача которых заключается в поиске пищи, находящейся в конце наклонной плоскости (a), также искали бы пищу сверху, а не снизу L-образного отрезка (b), то это означало бы, что муравьи интегрируют путь в трёх измерениях, а не просто проектируют своё положение на горизонтальную плоскость.

Вывод

Независимо от того, используют ли муравьи горизонтальное интегрирование пути или полное трёхмерное интегрирование, это всё равно требует сложного программирования. Верить, что такая сложная программа подразумевает присутствие разумного программиста, соответствует здравому смыслу. Однако религиозное верование в достаточность натуралистических причин означает, что эволюционисты будут отвергать эту здравую точку зрения. Они могут утверждать, что способность муравьёв находить дорогу домой могла возникнуть в результате случайных мутаций с постепенными усовершенствованиями, которые накопил естественный отбор.

Но это заблуждение полагать, что небольшое изменение в программе производит маленькое изменение в результате. Программисты хорошо знают, что отдельный шаг в алгоритме часто имеет далеко идущие последствия, и один единственный неправильный шаг может вызвать сбой программы. Всё это означает, что программа интегрирования пути должна быть полностью функциональной с самого начала, в противном случае она совершенно бесполезна.

Источник