Муравьи как единый организм

Муравьи действуют как единый организм

Ученые выяснили, что муравьи-листорезы из Нового Света строят гигантские для масштаба животных транспортные сети, не общаясь между собой. В таких колониях каждый муравей действует в одиночку, но в результате работает на общее благо. Результаты опубликованы в журнале Proceedings of the Royal Society B.

Многие групповые животные значительно преобразовывают окружающую среду. По аналогии с человеческой деятельностью такую работу можно назвать направленной на создание инфраструктуры. В некоторых случаях суммарно на ее выполнение одной особью требуется до десятков тысяч часов работы, как в случае муравьев-листорезов из родов Atta и Acromyrmex, обитающих в Центральной и Южной Америке. Эти насекомые формируют пути для транспортировки еды и строительных материалов длиной до сотен метров. Каждая колония каждый год прокладывает около трех километров дорог сквозь лесную подстилку.

Ученые долгое время думали, что подобные достижения становятся реальностью только при наличии устойчивой коммуникации между особями. В частности, поведение муравьев, термитов и пчел считается организованным при помощи общения. В новой статье международного коллектива исследователей утверждается, что это совершенно не так: муравьи-листорезы вообще не координируют свои действия друг с другом. В рамках исследования авторы наблюдали за поведением муравьев в лаборатории и в дикой природе, проверяя, насколько быстро насекомые будут расчищать путь от завалов и сколько особей будет в этом участвовать. Оказалось, что лишние предметы пропадали с пути в прямой зависимости от времени, хотя математические модели не позволяют объяснить такую зависимость в случае активного общения.

Авторы считают, что данное открытие указывает на существование крайне эффективных алгоритмов поведения. «Это уменьшает энергетические затраты на выполнение той или иной задачи и сокращает требуемую сложность каждого животного, — говорит ведущий автор работы Томас Бочинек из Северо-Западного университета (США). — Биологи и специалисты по теории вычислительных систем впечатлены фактом, что сложное устройство группы может возникать из совокупности не общающихся между собой простых индивидов, так как это сильно отличается от нашего общества».

Источник

Опасность превратила муравьев в единый «суперорганизм»

Один из авторов работы с искусственным экспериментальным гнездом для муравьев.

Фотография: University of Bristol

Группа биологов из Бристольского университета обнаружила, что в условиях имитации атаки хищников колония муравьев Temnothorax albipennis ведет себя как единое целое. У нее появляются эмерджентные свойства и наблюдаются два типа реакций — в зависимости от внешней или внутренней локализации угрозы по отношению к муравьиному гнезду. В первом случае муравьи собираются внутри гнезда, а во втором мигрируют на новое место. По словам авторов, такой характер реакций позволяет называть колонию насекомых «суперорганизмом». Работа опубликована в журнале PLoS ONE.

Ученые изучили 30 колоний муравьев, численностью от 96 до 132 особей в каждой. Колонии были разделены на три группы — одну контрольную и две экспериментальных. Все колонии биологи поместили в специально сконструированные прозрачные искусственные гнезда, треть из которых была оборудована особыми отверстиями в крышке для извлечения муравьев наружу.

Для первой экспериментальной группы биологи смоделировали внешнюю атаку хищников. Известно, что Temnothorax albipennis, как и многие другие виды муравьев, делятся на особей-разведчиков и фуражиров. Разведчики обследуют территорию и отыскивают новые источники питания, куда провожают фуражиров. Изучившие маршрут фуражиры затем обучают других своих товарищей. Таким образом, через некоторое время к найденным разведчиками ресурсам отправляются регулярные «караваны».

Нападения хищников ученые смоделировали, временно удалив всех покинувших гнездо муравьев-разведчиков. Оказалось, что в этом случае — как если бы все разведчики вдруг разом погибли, муравьи фуражиры спешно возвращаются обратно в гнездо, однако не пытаются из него эмигрировать.

Во второй экспериментальной группе имитировалась атака внутри муравейника — для этого биологи удаляли около 16 процентов рабочих муравьев из отверстия в крышке. Выяснилось, что при таком развитии событий разведчики начинают поиск нового гнезда, а затем туда мигрирует вся колония.

Иными словами, при условии какой-либо внешней угрозы, муравьи перестают выполнять свои рутинные функции, выраженные хоть и в целенаправленной, но довольно хаотичной деятельности. Они резко объединяются и начинают вести себя как один единый организм — прятаться и выжидать, либо эвакуироваться всей колонией.

Ключевым для авторов здесь является то, что ни один из муравьев не может вести подсчет и контроль всех остальных своих собратьев по колонии. И тем не менее, как только потери (например, внутри гнезда) доходят до определенного порога, поведение муравьев резко изменяется — они мигрируют. Такие свойства, внезапно появляющиеся в сложных системах (к которым, безусловно, относятся и колонии коллективных насекомых), называются эмерджентными. Они не присущи отдельным элементам системы или их механической сумме, а возникают как особый системный эффект.

Источник

Опасность превратила муравьев в единый «суперорганизм»

Москва. 13 ноября. INTERFAX.RU — Группа биологов из Бристольского университета обнаружила, что в условиях имитации атаки хищников колония муравьев Temnothorax albipennis ведет себя как единое целое, пишет издание N+1 со ссылкой на журнале PLoS ONE.

У нее появляются эмерджентные свойства (emergent properties, то есть свойства целостности системы — ИФ) и наблюдаются два типа реакций — в зависимости от внешней или внутренней локализации угрозы по отношению к муравьиному гнезду. В первом случае муравьи собираются внутри гнезда, а во втором мигрируют на новое место. По словам авторов, такой характер реакций позволяет называть колонию насекомых «суперорганизмом» (то есть состоящий из множества организмов; обычно это социальная единица, где происходит разделение труда на основе специализации особей и где по отдельности организмы выжить не в состоянии — ИФ).

Ученые изучили 30 колоний муравьев, численностью от 96 до 132 особей в каждой. Колонии были разделены на три группы — одну контрольную и две экспериментальных. Все колонии биологи поместили в специально сконструированные прозрачные искусственные гнезда, треть из которых была оборудована особыми отверстиями в крышке для извлечения муравьев наружу.

Для первой экспериментальной группы биологи смоделировали внешнюю атаку хищников. Известно, что Temnothorax albipennis, как и многие другие виды муравьев, делятся на особей-разведчиков и фуражиров. Разведчики обследуют территорию и отыскивают новые источники питания, куда провожают фуражиров. Изучившие маршрут фуражиры затем обучают других своих товарищей. Таким образом, через некоторое время к найденным разведчиками ресурсам отправляются регулярные «караваны».

Нападения хищников ученые смоделировали, временно удалив всех покинувших гнездо муравьев-разведчиков. Оказалось, что в этом случае — как если бы все разведчики вдруг разом погибли, муравьи фуражиры спешно возвращаются обратно в гнездо, однако не пытаются из него эмигрировать.

Во второй экспериментальной группе имитировалась атака внутри муравейника — для этого биологи удаляли около 16 процентов рабочих муравьев из отверстия в крышке. Выяснилось, что при таком развитии событий разведчики начинают поиск нового гнезда, а затем туда мигрирует вся колония.

Иными словами, при условии какой-либо внешней угрозы, муравьи перестают выполнять свои рутинные функции, выраженные хоть и в целенаправленной, но довольно хаотичной деятельности. Они резко объединяются и начинают вести себя как один единый организм — прятаться и выжидать, либо эвакуироваться всей колонией.

Ключевым для авторов здесь является то, что ни один из муравьев не может вести подсчет и контроль всех остальных своих собратьев по колонии. И тем не менее, как только потери (например, внутри гнезда) доходят до определенного порога, поведение муравьев резко изменяется — они мигрируют. Такие свойства, внезапно появляющиеся в сложных системах (к которым, безусловно, относятся и колонии коллективных насекомых), называются эмерджентными. Они не присущи отдельным элементам системы или их механической сумме, а возникают как особый системный эффект.

Источник

uCrazy.ru

Навигация

ЛУЧШЕЕ ЗА НЕДЕЛЮ

ОПРОС

СЕЙЧАС НА САЙТЕ

КАЛЕНДАРЬ

Сегодня день рождения

Рекомендуем

Удивительное устройство муравьиного общества

Муравейник в лесу кажется всего лишь листиками и палочками, сваленными в кучу, по которой мелкие трудяги беспорядочно бегают. Но то, что происходит внутри, поражает воображение — муравейник по сути является государством со всеми его признаками. Муравьи — единственные насекомые с таким сложным общественным устройством. Тысячи муравьёв это один организм, где каждый муравей трудится во благо общества

Главной «муравьихой» является королева, но муравейником она не управляет — на неё возложена особая миссия: продолжение рода. За всю жизнь она может отложить до 65 тысяч яиц, все вокруг неё бегают, кормят, защищают. Наверное поэтому она живет 25-30 лет, а продолжительность жизни её подчинённых не превышает 2-3 года.
Но не может быть, чтобы этой сложной структурой никто не управлял. Специалисты, изучающие этот процесс, так и не пришли к единому выводу. Тут, скорее всего, дело в коллективном разуме. У каждого муравья в голове заложен своеобразный алгоритм, цель которого выживание всей колонии — собственно этим и занимаются муравьи уже миллионы лет. Кстати, маток может быть много, ведь население муравейника может достигать от 500 тысяч до 3 миллионов особей и одной королеве столько яиц не отложить.

Когда жизненный цикл королевы подходит к концу, для всего муравейника начинаются трудные времена. Рабочие начинают откладывать яйца. Из них вылупляются самцы, но не из всех яиц. Живут они меньше месяца, им нужно успеть оплодотворить самку, если всё получится — колония спасена, в противном случае всё пропало.

Королеву от всех отличают крылья. После брачных игр с другими самцами она лишает себя крыльев и создаёт колонию.

Муравьиное общежитие имеет форму конуса не просто так. Днём солнце нагревает конус, к ночи тепло накапливается в камерах и держится до самого утра. Температура внутри 20-24 градуса.

Муравейник строится там, где королева отложит яйца. Она ищет старый пень, откладывает в нём яйца, подросшие дети, начинают обкладывать пень веточками, хвоей, и постепенно конус растёт. Такая конструкция очень прочная, пень держит весь муравейник. Сам конус это просто оболочка покрывающая пень, под муравейником находится камера королевы, иногда муравьи переносят её в место, потеплее. Не смотря на длинную протяженность ходов, воздух проникает во все помещения, после зимы начинается уборка и проветривание.

На постройку может уходить до 8 лет если муравейник меньше одного метра в высоту. В Республике Татарстан был найден муравейник высотой 220 сантиметров, на его строительство, по примерным подсчётам, ушло 25 лет.

Профессий у них много: это военнослужащие, строители, няньки, врачи, мусорщики, охотники.

Муравей — солдат немного крупнее рабочего, единственное что его выделяет, это мощные челюсти. По сути это тот же рабочий, функции почти одинаковы. Из-за особенностей строения головы, принимать пищу сам не может, его кормят рабочие.

У рабочих очень много функций. Рабочие это самки, воспроизводством потомства они не занимаются. Они делятся на группы:

Няньки ухаживают за личинками, кормят их, утепляют камеры в которых они лежат и даже облизывают их — так через оболочку проникают питательные вещества, чтобы потомство было здоровым и крепким.

По мере роста колонии, появляется необходимость расширять жилище. Этим занимаются строители. Они роют новые ходы, занимаются ремонтом обвалившихся камер.

Охотники или фуражиры — самые смекалистые отправляются на разведку в поисках еды, оставляя за собой след из феромонов. Если еда найдена, отправляется группа, по запаху, который оставил разведчик, они возвращаются с добычей домой. Муравьи часто подбирают павших тараканов, мух, жуков.

Муравьи лечить тоже умеют. Например повредил муравей на стройке лапу, нарушив правила тб, идёт на приём к доктору, тот его осматривает, если ничего серьёзного, его отправляют обратно, но в некоторых случаях доктор удаляет лапу своими челюстями. Вот и всё лечение.

Мусорщики занимаются уборкой после зимы, чистят все помещения от мусора, отходы относят в специальную камеру, туда же относят павших сородичей.

Самое интересное это процесс охоты, муравьи могут охотится на довольно крупных «зверей», таких как гусеницы. Сложнее всего донести пойманную добычу до дома — гусеница сопротивляется, муравьи падают, встают, поднимают её и снова несут. Но для неё всё заканчивается хорошо — она становится домашним животным, превратившись в бабочку, может просто улететь.

Главная задача это защищать королеву, сохранность жилища для них не главное, его можно заново отстроить, а вот без королевы всему придёт конец.

Муравейник подвергается атакам других насекомых, таких как осы, мухи, жабы и другие муравьи. Чужаки, вторгаясь в муравейник, похищают куколок, потом растят их и превращают в рабочую силу. Сбежать они не могут, потому что принимают их за родителей.

В случае нападения более крупных врагов, мобилизации подлежат все, в том числе и рабочие, они способны прогнать даже медведя, выстреливая кислотой в воздух. Один муравей не причинит вреда, а когда их несколько тысяч, кислота становится очень токсичной. Медведи после спячки, часто разоряют муравейники, надышавшись парами кислоты, мишка отступает. Муравьи могут дать отпор человеку, их укусы очень болезненны.

Этот раздел заслуживает отдельного внимания. Муравьи занимаются скотоводством, сажают огороды.

Муравьи выращивают травянистые растения, семена которых они хранят в муравейнике. Весной начинается посадка, эти растения становятся кормовой базой для тлей и подросших муравьишек. Некоторые растения выделяют сок, который они потом собирают. За огородом нужно ухаживать — муравьи избавляют растения от вредителей,

Одним собирательством сыт не будешь — сок тлей составляет основу их рациона питания. Сок называется пать. Пать на 25% состоит из сахара, 75% жиры и белки. Муравьи пасут их, ухаживают за ними, прогоняют от них насекомых. Но одомашнили тлю муравьи не сразу, по мнению учёных, тли сбрасывали сок на листья, муравьи слизывали его, а потом решили приручить тлей.

Процесс доения у них необычный, тлю щекочут усиками, и она начинает выделять сок. Когда заветная капелька появилась, муравей подхватывает её, передаёт своим товарищам, те несут её в помещение, где зреют будущие муравьи, и кормят их. Таких капелек может быть несколько тысяч в день, дойкой занимаются большое количество муравьёв. За лето они могут надоить до 2 литров жидкости, некоторые виды могут и до 7 литров. Тля производит одну каплю, каждые 40 секунд.

Осенью тлей переводят в муравейник на зимовку, когда тля отложит яйца, хозяева укладывают их в отдельные помещения и заботятся о них как о родных детях. До наступления первых морозов, когда ещё бывают тёплые дни, муравьи выносят их на улицу подышать свежим воздухом, потом несут на пастбище. За ними следят пастухи, чтобы не разбежались и не стали добычей других насекомых.

Гусениц тоже доят. Муравьи подбирают их куколки, а могут поймать и взрослую гусеницу. Куколки складируются в муравейнике, когда из них вылупляются личинки, крепкие ребята берут их и выносят пастись. Гусеница тоже даёт «молоко» — она выделяет секрет, который муравьи собирают. Гусениц подкармливают листьями, травой, пустыми коконами, из которых вылупились муравьи.

Ещё гусеницы нужны им из-за паутины, которой они укрепляют муравейник.

Муравьи рода Formica cinerea доят гусениц бабочки голубянки — ловить её не нужно, она сама ползёт в муравейник под конвоем и живёт там до окукливания.

Тли, гусеницы хоть и живут в неволе, но для них есть один плюс: находясь под охраной, они не станут добычей хищников. Гусеницы превратившись в бабочек, могут улететь, муравьи держать их не будут, могут даже помочь вылупиться.

Защитить муравейник полдела, нужно охранять границу вокруг него. Тропы по которым они ходят на охоту, охраняются от других муравьёв, границы могут быть очень обширными, от 30 до 50 метров от муравейника, для муравья это очень много. Тропы буквально пропитаны запахом сородичей, дорогу домой они находят очень быстро. Это как для человека, уйти от дома на сотню километров.

Листорезы пошли ещё дальше: они берут на службу наёмников — муравьёв из рода Megalomyrmex. Они сажают грибы, которыми кормят их, те их защищают. У них очень токсичная кислота, она гораздо опаснее кислоты обычных муравьёв, гнёзда и плантации листорезов, находятся под надёжной защитой

Источник