Муравьиные тропы с минимумом развилок помогли насекомым не заблудиться
У муравьев-солдат из рода Cephalotes большие головы и твердые панцири. Этих насекомых еще называют черепашьи муравьи.
Исследователи из Стенфорда и Калифорнийского университета в Сан-Диего выяснили как древесные муравьи Cephalotes goniodontes создают и восстанавливают тропы, ведущие от их гнезд к источникам пищи. Они прокладывают пути с минимальным количеством «перекрестков», чтобы не заблудиться и не остаться вдалеке от родной колонии. Исследование опубликовано в The American Naturalist, коротко о нем рассказывается в пресс-релизе Стенфордского университета.
Муравьи Cephalotes goniodontes, которых еще называют черепашьими муравьями, обитают в тропических лесах Центральной и Южной Америки. Эти насекомые всю жизнь проводят на деревьях и кустарниках. Питаются муравьи растительной пыльцой и нектаром, а также насекомыми. На ветвях насекомые создают по несколько гнезд для одной колонии, а между ними прокладывают тропинки, которые метят феромонами. Сеть таких путей позволяет муравьям обмениваться между гнездами пищей и личинками. Кроме того, они создают временные тропинки между каким-либо из гнезд и актуальным на данный момент источником пищи.
Автор нового исследования, профессор Стенфордского университета Дебора Гордон (Deborah Gordon) решила выяснить, как муравьи контролируют свои тропинки. Ходят ли они одними и теми же путями каждый день, как они себя ведут, если на пути возникает препятствие или он обрывается (например, ломается ветка), исследуют ли насекомые незнакомые тропы, которые могут привести их к новым источникам пищи.
Чтобы это выяснить, исследовательница изучала шесть колоний муравьев, обитавших в тропическом лесу на биостанции Автономного университета Мехико. Она проводила наблюдения и эксперименты как в дождливый, так и в сухой сезоны. Сначала Гордон составила карту муравьиных путей, а затем она помещала на разном расстоянии от тропинок еду или липкие метки, чтобы понять, сходят ли с них муравьи, либо срезала часть веток, по которым двигались насекомые и отслеживала их поведение. Результаты исследовательница обрабатывала с помощью коллег из Калифорнийского университета в Сан-Диего.
Оказалось, что большинство муравьев двигалось по проторенным тропам. При этом подтверждается гипотеза, что муравьи метят пути феромонами: насекомые двигались по тропам уверенно и на «перекрестках» (развилках ветвей) без колебаний поворачивали в правильном направлении. Немногие муравьи-«разведчики» исследовали новые маршруты. Еду или липкие метки, которую оставляла исследовательница, на расстоянии от одной до девяти «перекрестков» от тропинки, муравьи находили, самое большее, через шесть часов.
Интересно, что если проложенный муравьями путь от еды до гнезда прерывался, они находили новый путь, но не самый короткий, а с наименьшим числом развилок, на которых можно было бы ошибиться и пойти неверной дорогой. «На каждом «перекрестке» муравьи бы терялись, если бы их собратья по колонии незадолго до этого не оставили химический след. Так что они создают сеть не кратчайших путей, а путей с наименьшим количеством перекрестков, где нужно принимать решение и оно может быть не правильным. Похоже, эволюция «благоприятствовала» тому, чтобы муравьи держались вместе, в пределах одной сети тропинок, а не тому, чтобы они экономили силы», — говорит Гордон.
Ранее исследователи выяснили, что муравьи способны «на глаз» оценивать пройденное от гнезда расстояние, даже если их при этом несли другие особи. Если насекомым надевали на глаза повязку, и временно их «ослепляли», они не могли вернуться в гнездо.
Источник
Почему в муравейнике не бывает пробок?
Недавно французские ученые выяснили, что заставляет муравья, бегущего на подмогу к своим собратьям, всегда выбирать правильную дорожку. Оказывается, эти насекомые ориентируются не только с помощью зрения. Они умеют «нюхать» и даже «слушать» тропинки. Возможно, благодаря этим способностям, муравьи никогда не устраивают пробки и заторы на дорогах.
Что больше всего поражало мирмекологов (ученых, изучающих муравьев) — так это аккуратная сеть тропинок, которая находится около муравейника. Их общую совокупность обычно называют дорожной сетью. Она чрезвычайно сложна, но в то же время предельно логична — доказано, что каждая тропинка идет таким образом, что путь по ней от муравейника до места назначения является самым коротким. И, что тоже немаловажно, самым удобным.
Любопытно, что у наших муравьев данные сети создаются с началом весны и исправно функционируют до начала холодов (впрочем, в начале следующего теплого сезона некоторые участки новой сети могут закладываться на аналогичных участках старой). А вот у муравьев, обитающих в тропиках, дорожные сети сохраняются много лет, и если их разрушает дождь или ветер, то трудолюбивые насекомые заново восстанавливают их на тех же участках, где они и раньше находились.
Ежедневно по тропинкам дорожной сети снуют сотни тысяч фуражиров. Одни занимаются поиском пищи или строительных материалов, другие тащат найденное в гнездо, третьи патрулируют территорию. Если глядеть на это долго, то кажется, будто бы перед тобой миниатюрная система городских автомагистралей, по которым движутся миллионы машин. Очень похоже. Хотя одно отличие все-таки есть — на муравьиных тропинках никогда не бывает пробок.
И это еще один повод удивиться — почему же у муравьев их никогда нет, хотя, в отличие от людей, их движение никто не регулирует и не организовывает. Собственно говоря, обычно формирование транспортной колонны происходит следующим образом: разведчик, нашедший, например, еду, прокладывает путь от нее до муравейника самым коротким и выгодным образом. Причем его тропинка удивительным образом не пересекается уже с другими — ну, разве что только с самыми широкими, да и то, уже вблизи гнезда. Это как раз и есть один из факторов, препятствующий возникновению пробок.
Прибежав к жилищу, он передает сигнал своим собратьям, который можно перевести примерно так: «следуйте за мной, это очень важно, но не опасно». После такого оповещения часть муравьев сразу же устремляется за разведчиком, а другая передает сигнал дальше, к тем рабочим, что находятся в гнезде. В итоге по следу разведчика буквально через несколько секунд уже несется целая толпа желающих потрудиться на благо родного муравейника. Причем они-то уже не видят разведчика. Однако все равно бегут по тому пути, что проложил именно он.
Это тоже весьма удивляло ученых — ведь по идее данная толпа, которая не видит проводника, должна начать метаться из стороны в сторону, пытаясь найти правильную дорогу. А это-то как раз и создает условия для возникновения пробки — ведь они будут мешать движению по другим тропинкам. Тем не менее, этого не происходит. Помощники четко следуют по маршруту, который рассчитал фуражир, нашедший еду.
Долгое время биологи не знали, почему так происходит. Однако еще в конце прошлого столетия кое-что стало понятно. Например, благодаря химическому анализу, удалось выяснить, что разведчик, когда прокладывает тропинку к муравейнику, метит ее особым летучим веществом — феромоном. Именно по его запаху он, кстати, отыскивает обратный путь (хотя полагается и на зрительную память). Но это еще не все — когда за проводником, бегущим обратно к добыче, следует первая партия помощников, то все они также выделяют аналогичный «путевой» феромон. Поэтому тем, кто несется вслед за ними, есть на что ориентироваться — запах стоит такой, что ошибиться просто невозможно.
Таким образом, муравьи в очередной раз подтвердили незыблемость для всех живых существ так называемого закона Вебера-Фехнера. Напомню, что это правило гласит, что что заметная разница между двумя физическими стимулами пропорциональна величине раздражителя. То есть, грубо говоря, если у живого существа есть выбор, на какой из двух раздражителей реагировать, то оно отреагирует на тот, что действует сильнее. В случае движения же муравьев логично было предположить, что они побегут по той тропинке, где запах «путевого» феромона будет ощущаться сильнее, а все остальные, даже идущие рядом, проигнорируют.
Однако со временем выяснилось, что не все так просто. Дело в том, что феромон — вещество, которое достаточно быстро испаряется. То есть муравей, нюхая его, в принципе может узнать верное направление. Однако феромональное облако зависает над несколькими близкими тропинками, и, согласно закону Вебера-Фехнера, насекомому должно быть все равно, какую из них выбрать. Но, тем не менее, наблюдения показывают, что муравьи никогда не ошибаются и всегда бегут по той тропинке, которую проложил разведчик.
В чем же тут дело? Неужели закон Вебера-Фехнера в данном случае не работает (что вообще странно — до этого никаких исключений в мире животных не наблюдалось)? Или же есть еще какой-то опознавательный знак, который указывает муравьям путь? Французская исследовательница Андреа Перна из Института сложных систем выбрала вторую гипотезу. И ей после серии наблюдений за поведением представителей различных видов муравьев удалось найти этот загадочный «дополнительный стимул».
Оказывается, муравьи умеют «слышать» дорогу. И хотя обычные для нас звуки данные насекомые не воспринимают, однако самые слабые колебания почвы слышат также хорошо, как мы — звуки автомобильной сигнализации, издаваемые припаркованной в противоположном углу двора машиной.
Г-жа Перна и ее коллеги исходили из того, что поведение муравьев неизбежно «шумное», то есть, передвигаясь по тропинкам, они топают, как маленькие слоны. Поэтому те, кто отправился на подмогу позже, понюхав феромональный след и определив направление, внимательно слушают вибрации тропинок. И, в конце концов, выбирают ту, что сильнее вибрирует, поскольку несложно догадаться, что именно по ней в настоящее время несется толпа сородичей. Значит, именно там и находится добыча.
Кроме того, открытие Андреа Перна дало ответ на еще один вопрос — каким образом разведчику удается прокладывать путь вдалеке от других дорожек. Он, оказывается, тоже «слушает» тропинки. Но, в отличие от своих помощников, наоборот, избегает приближаться к тем местам, где вибрация наиболее сильная. Что и позволяет ему создать минимум пересечений своего пути с остальными (говоря языком дорожных строителей, свести к минимуму количество перекрестков) и тем самым существенно снизить риск возникновения пробки.
Получается, что муравьи не устраивают заторов потому, что умеют нюхать и слушать дороги, а не только смотреть на них. Возможно, если бы и люди обладали такими способностями, то и в наших городах пробок было бы значительно меньше…
Читайте самое интересное в рубрике «Наука и техника
Добавьте «Правду.Ру» в свои источники в Яндекс.Новости или News.Google, либо Яндекс.Дзен
Быстрые новости в Telegram-канале Правды.Ру. Не забудьте подписаться, чтоб быть в курсе событий.
Источник
masterok
masterok Мастерок.жж.рф
Хочу все знать /наука, история, политика, творчество/
Что будет делать муравей, если окажется далеко от муравейника (вне досягаемости)? Например, если он попал в лодку и оказался на другом берегу. Или уехал в машине на сотню километров от «дома».
Будет ли он искать свой муравейник всю оставшуюся жизнь?
Может быть вы помните мультфильм «Путешествие муравья», где главный герой которого, унесенный ветром далеко от своего муравейника, добирается домой на гусеницах, пауках и кузнечиках, словно на попутках. В реальности же муравьям, чтобы найти дорогу в родное гнездо, приходится полагаться лишь на собственные механизмы навигации, которые у разных видов (а их существует около 15 000) могут значительно отличаться. Но в любом случае радиус действия этих механизмов обычно ограничивается десятками или сотнями метров: оказавшись за пределами этого расстояния, муравей будет полностью дезориентирован, как маленький ребенок, потерявшийся в незнакомом городе.
Например, многие муравьи двигаются вдоль запаховых троп, помеченных следовыми феромонами — особыми веществами, которые они выделяют из различных желез на брюшке. Чем больше муравьев бегает по тому или иному маршруту, тем больше феромона они там оставляют. Муравью достаточно набрести на одну из таких троп, и дальше, как по рельсам, он сможет придти по ней к дому. Впервые о существовании этого механизма навигации догадался швейцарский натуралист Шарль Бонне, живший еще в XVIII веке. Он провел пальцем поперек муравьиной тропы и затем наблюдал, как муравьи толпятся по обе стороны от этой невидимой черты, не решаясь ее пересечь. Но даже если такой незначительный разрыв феромонного следа ввергает муравьев в замешательство, то что уж и говорить о нашем муравьишке, унесенном за многие километры от ближайшей запаховой тропы.
Следовые феромоны особенно важны для муравьев с плохим зрением или полностью слепых, как южноамериканские кочевые муравьи эцитоны (Eciton). Огромные колонны этих муравьев, состоящие из сотен тысяч особей, в поисках добычи перемещаются по тропическому лесу, уничтожая всё на своем пути. Постоянного гнезда у них нет — только временные бивуаки. Представьте себе, что Батыева орда, вторгшаяся на Русь, состояла бы сплошь из слепцов — точно также и эцитоны совершают свои набеги, полагаясь исключительно на осязание и феромонную коммуникацию, чтобы не отстать друг от друга. Эцитоны словно опровергают своим примером известное изречение, гласящее, что если слепой поведет слепого, то оба упадут в яму.
Напротив, другие муравьи, ориентируясь на местности, в дополнение к феромонам полагаются на зрение. Они могут находить дорогу домой, запоминая форму крон близлежащих деревьев. При этом для муравьев важны именно общие очертания, а не конкретные детали вроде отдельных веток или расцветки. В одном из экспериментов ученые сделали для австралийских пустынных муравьев Melophorus bagoti особую арену с бортиком из черного пластика, контуры которого напоминали знакомые им кусты и деревья. Муравей, пойманный рядом с гнездом и посаженный в такую арену, начинал двигаться в том направлении, куда ему указывали очертания бортика, вне зависимости от того, как арена была развернута относительно сторон света.
Но если муравей окажется вне знакомого визуального ландшафта, то найти дорогу домой он, скорее всего, не сможет. Это показал эксперимент, проведенный с муравьями Myrmecia pyriformis, которые тоже живут в Австралии. В ходе него ученые срубили три дерева недалеко от тропинки, по которой эти муравьи бегают из гнезда на охоту. Общие очертания крон изменились, но не то чтобы очень сильно. Тем не менее сразу после вырубки муравьи стали гораздо больше петлять и медлить, вместо того чтобы идти напрямую к своим охотничьим угодьям (они всегда охотятся на одном и том же дереве). Потребовалось трое суток, чтобы муравьи привыкли к изменившемуся пейзажу, — а теперь представьте, что одного из них вдруг забросило бы в соседнюю рощицу. Очень сомневаюсь, что он смог бы вернуться назад в полностью незнакомой обстановке.
Чтобы выбрать верное направление, некоторые муравьи ориентируются не только на ближайшее окружение, но и на небо. Впервые это показал в 1911 году швейцарский энтомолог Феликс Санчи (Felix Santschi), экспериментировавший с муравьями в Северной Африке. Когда муравьи возвращались в гнездо, Санчи заслонял им Солнце, одновременно демонстрируя его отражение в зеркале. Этой простой уловки оказалось достаточно, чтобы сбить муравьев с пути и направить их в противоположную сторону. Однако зеркальный эксперимент работает не со всеми видами: некоторых муравьев не так просто сбить с толку, поскольку они учитывают не только положение Солнца, но и поляризованный солнечный свет. Его частичная поляризация происходит при прохождении через атмосферу, которая пропускает световые волны, чьи колебания лежат в одной плоскости. Благодаря поляризованному свету муравей может определить, где Солнце, даже если оно скрылось за облаками (ну или было загорожено экспериментатором).
Особую роль Солнце и поляризованный свет играют в жизни пустынных муравьев, ведь они живут посреди плоского и изменчивого ландшафта, где практически отсутствуют крупные наземные ориентиры. Но даже для них одного неба недостаточно: чтобы определить местоположение гнезда, муравьям всегда требуется еще какая-то дополнительная информация. В этом смысле показательны пустынные муравьи-бегунки (Cataglyphis), настоящие ассы навигации, которых изучает уже не первое поколение ученых. Эти муравьи носятся по раскаленному песку с неимоверной скоростью (до 1 метра в секунду), выискивая насекомых, погибших от жары. Они охотятся всегда поодиночке и не оставляют феромонов. Тем не менее муравей-бегунок, который в поисках добычи может отдалиться от гнезда более чем на 150 метров (для человека это эквивалентно расстоянию примерно в 40 км), возвращается назад по прямой траектории. Свой обратный маршрут муравей строит с учетом траектории пройденного пути (этот способ навигации называется счислением координат). Следовательно, даже этот бывалый «бродяга» не сможет найти дорогу из того места, куда он не пришел своими ногами.
Так что, увы, судьба муравья-потеряшки, который улетел далеко от муравейника на листике, уплыл на лодке или уехал на машине, будет довольно печальна. Даже если он будет ориентироваться на небо, ему никогда не вернуться в родное гнездо. Утешает одно: долго такой муравей мучиться не будет. Как знает каждый, кто — как я в детстве — пытался держать муравьев в баночках поодиночке, социальные насекомые очень плохо переносят отрыв от коллектива, и даже при наличии подходящей пищи умирают в считаные дни.
Как показывают опыты, оказавшись в одиночестве, муравей просто не знает, чем себя занять, — он пребывает в постоянном беспокойстве и непрерывно двигается туда-сюда, что ведет к большим затратам энергии. Кроме того, у муравья-одиночки начинаются проблемы с пищеварением: пища накапливается у него в зобике, но дальше по кишечнику не проходит. Муравьи отрыгивают друг другу содержимое своего зобика в ходе трофаллаксиса, и, видимо, без этого социального взаимодействия в настройках их пищеварительной системы происходит сбой. Интересно, что если муравей был отрезан от гнезда вместе с несколькими собратьями, то он будет чувствовать себя гораздо лучше, чем в полном одиночестве. Например, одинокий муравей-древоточец проживет всего шесть дней, а в составе группы из десяти особей продолжительность его жизни составит уже 66 дней, то есть в 10 раз больше.
Источник