Ученые раскрыли секрет прочности муравьиных зубов
Муравьи и еще некоторые насекомые обладают острыми и сильными зубами. Соответствующие данные были получены в результате изучения снимков.
Исследователи использовали ионный микроскоп и выяснили, что зубы муравьев представляют собой смесь белков и цинка. Причем металла весьма много — он составляет примерно десятую часть всей массы муравьиных зубов, сообщает Science Daily.
«У муравьев есть зубы, это может подтвердить любой, кто хоть раз наступал на муравейник. Эти специализированные структуры, технически называемые «нижнечелюстные зубы», прикреплены за пределами их ротовой полости. Зубы состоят из материала, который плотно связывает отдельные атомы цинка«, — отмечают исследователи.
Причем зубы оказались весьма функциональными. Они позволяют маленьким муравьям использовать 60% от силы, которую им пришлось бы задействовать, если бы их зубы по составу были аналогичны человеческим.
Однако все вопросы на этом не решены. Ученые пока не могут понять, как цинк «затвердевает» в телах насекомых. Для этого потребуется проводить новое исследование.
Ранее американские ученые установили, что муравьи являются не такими трудолюбивыми, как человечество привыкло считать. Энтомологи Анна Дорхаус и Даниэль Шаброно пришли к выводу, что эти насекомые любят лениться.
Исследователи в течение двух лет наблюдали за поведением муравьев и тем, какие отношения складывались в коллективах насекомых из разных колоний.
Удалось установить, что трудолюбивыми были лишь 2,5% насекомых. Подавляющее большинство (70%) трудилось лишь в редких случаях. Каждый четвертый муравей либо не работал, либо изображал бурную деятельность.
Источник
Муравьи занимаются животноводством и выращивают грибы
Геолог и писатель Владимир Обручев в научно-фантастическом романе «Плутония» описал расу разумных муравьев — царей природы юрского периода. Едва ли древние муравьи на самом деле были настолько сообразительны, как описано в романе, однако умственные способности муравьев и их достижения в социальной и технологической сфере впечатляют. Муравьи не только изобрели настоящее сельское хозяйство (животноводство и земледелие), но и придумали уникальную систему отопления своих гнезд, что позволило этим исходно тропическим насекомым заселить холодные климатические зоны. О социальной жизни и технических достижениях муравьев рассказывает доктор биологических наук, ведущий научный сотрудник Института Проблем Экологии и Эволюции РАН Анатолий Захаров.
— Анатолий Александрович, расскажите, пожалуйста, что такое муравьи?
— Муравьев, наверное, видел каждый и муравьев так много, что говорить о них вообще довольно сложно. Те муравьи, которые живут у нас, они обитают на территории средней полосы, в условиях сезонности климата и приспособлены к этим условиям — к морозам, зимовке, необходимости за короткий период обеспечить всю свою жизнь в течение года. А муравьи, обитающие, скажем, в тропическом лесу, у них совсем другая жизнь, другие проблемы, другие возможности.
Ну, а что из себя представляют муравьи — все их видели. Это отдельное семейство перепончатокрылых насекомых, в отряд перепончатокрылых кроме муравьев входят и другие очень знаменитые, известные обитатели земли, как пчелы, осы. И муравьи отличаются от пчел и ос прежде всего тем, что у них есть бескрылые рабочие. Все пчелы, все осы, они крылатые, скажем так, почти все. Крылатыми муравьями являются только самки и самцы до спаривания. У муравьев есть три касты.
Все перечисленные насекомые — это насекомые общественные, но небольшой оговоркой: пчелы и осы бывают и одиночные и социальные. А все муравьи исключительно социальные. Нет ни одного вида среди муравьев, который бы вел одиночный образ жизни. А муравьев вообще-то больше десяти тысяч видов по всему миру.
Что такое социальность для насекомых? Это означает, что они обитают постоянным сообществом, длительно существующим сообществом, которое мы называем семьей, поскольку по происхождению она семья. И эта семья состоит из трех каст — это самки, которые откладывают яйца, то есть это репродуктивная особь, это самцы, которые появляются в семье на очень короткое время и после оплодотворения самок у большинства видов самцы погибают. Погибают естественным образом, их жизнь закончилась. Но есть некоторые виды, у которых система немножко другая, но таких видов в России нет, поэтому мы на своих отечественных муравьях сосредоточимся. Большую часть населения составляют рабочие особи. В принципе это физиологически недоразвитые самки, которые выполняют все функции по строительству гнезда, по добыче пищи, по обороне, по выкармливанию расплода, по уходу за самкой и личинками. То есть всю, собственно, жизнь семьи обеспечивают рабочие особи. И когда мы говорим об организации семьи, об эволюции социального образа жизни у муравьев, то это прежде всего развитие взаимоотношений в системе рабочих особей, которые по мере того, как семья увеличивается, начинают выполнять разнообразные функции и получают возможность, во-первых, реализовывать специализацию, а во-вторых, они оказываются в состоянии выполнять целый ряд задач, которые в малочисленных семьях просто невозможны. Это, например, поддержание активной температуры в гнезде.
Муравьи в принципе по происхождению, они все насекомые тропические, субтропические. И пока они обитали и обитают там, все проблемы, связанные с поддержанием температуры, там решают естественным путем. Правда, бывает ситуация, когда им приходится устраивать вентиляцию для того, чтобы не было перегрева. А вот в наших условиях, условиях умеренного климата, ситуация иная. Для того, чтобы у муравьев нормально развивались личинки, а муравьи – это насекомые с полным превращением. То есть у них отдельно сначала развивается личинка, потом она окукливается, куколку они большинство видов оплетают коконом и потом уже из куколки выходит взрослое насекомое, которое дальше не растет и морфологически не меняется в течение всей своей взрослой жизни.
— Сколько живет муравей?
— Муравей живет очень долго. Если говорить о жизни рабочей особи, то рабочий муравей у наших обычных муравьев может жить до семи лет. А яйцекладущая самка до 20 лет — это абсолютный рекорд мира насекомых. Они потому так долго и живут, что у них хорошо отлаженная социальная система. Ту высокую продолжительность жизни, о которой мы так печемся, они организовали уже давно.
— А как муравьи выживают в нашем холодном климате, когда морозы доходят до 30-40 градусов?
— Они зимуют в подземной части гнезда, но не слишком глубоко. Самка откладывает яйца в уже сложившейся семье — это ее единственная функция, она откладывает яйца. Ее кормят, за ней ухаживают, переводят вверх-вниз, берут за усики или складывают чемоданчиком и несут куда надо. Дальше вся ее функция сугубо пассивная. Она не королева, а просто машина по откладыванию яиц. Где быть, что ей делать и сколько из отложенных ею яиц будет пущено на развитие — это все будут решать рабочие муравьи. Так вот для того, чтобы из этих отложенных яичек могли развиться нормальные личинки, которые окуклятся, а потом из этих куколок вывелись бы хорошие здоровые рабочие, для этого в гнезде необходима температура 26-28 градусов. Как вы представляете, что подобная температура в наших условиях большая редкость. Стало быть, нужно каким-то образом обеспечить эти температуры внутри гнезда. Автономность температурного режима гнезда от внешних условий. Иными словами, нужна система отопления, нужна система кондиционирования климата в гнезде. Для того, чтобы эту задачу решить, нужно иметь мощные большие семьи, потому что эта задача по плечу только многочисленным муравейникам. Когда семья маленькая, они могут использовать какой-нибудь камень, который нагревается на солнце и под этим камнем устроить солярий для своих личинок. Туда на солнечные дни, на дневные часы перенести личинок. Личинки подогреются и будут нормально развиваться. Когда же наступит вечерняя прохлада, то их унесут в нижние камеры, там есть камеры, в которых температура будет относительно высокая, скажем, около 20 градусов. Можно взять кочку, которая тоже нагревается, и на верхушке этой кочки устроить гнездо, там тоже будет температура выше, чем в окружающей среде. Но это все вещи очень ненадежные, которые позволяют в конце концов вырастить небольшое количество расплода. Для того, чтобы можно было действительно устойчиво и основательно завоевывать леса средней полосы, нужно сделать нечто радикальное — нужно перейти в режим активной терморегуляции. То есть нужно найти энергетический источник, который позволил бы муравьям поддерживать нужную температуру в течение всего периода выкармливания расплода. И они нашли. Они развели тлей. Тли дают пать, а пать — это на 20% сахар. Этот сахар они приносят в гнездо и перед зимним периодом поздней осенью перерабатывают в жир. У каждого зимующего муравья, за исключением небольшой части фуражиров, которые послужили потом охранниками и разведчиками, у каждого муравья жировое тело в брюшке. И вот эти запасы жира служат энергетическим источником для поддержания температуры всю следующую весну и дальше в течение лета по мере необходимости. Кроме того, они в это время выходят на совещенную солнцем поверхность, разогреваются на солнце, так называемые муравьи-теплоносцы и несут это тепло. Там внутри остывают.
— То есть они действуют как солнечная батарея?
— Да, так они циркулируют. Это тысячи особей. Сейчас пойти в лес, вы увидите на поверхности купола большой слой муравьев, которые сидят и греются на солнце. Одновременно они разогреваются, то есть активизируются вообще, с одной стороны, а с другой стороны — они несут тепло вовнутрь гнезда. Когда температура там достигает 14-15 градусов, туда поднимаются самки и откладывают яйца. Дальше, еще кругом снег лежит, а уже идет развитие личинок во всех муравейниках. И осенний запас служит одновременно для разогрева гнезда и для выкармливания первого поколения рабочих муравьев.
— То есть по сути дела, они выработали теплокровность.
— Да, социальную теплокровность. Для этого надо было выйти на уровень, мы можем судить по тем видам, которые в состоянии оказались реализовать активную терморегуляцию, для этого надо иметь в семье не менее ста тысяч особей. Средний муравейник — это где-то порядка четырехсот-пятисот тысяч. Целый город. А в наиболее крупных муравейниках, ориентированные дальше оценки идут, порядка десяти миллионов. В Москве десять миллионов.
— У муравьев ведь есть еще и животноводство.
— Да, для того, чтобы социум мог развиваться, ему нужна устойчивая кормовая база. И различные муравьи в разных условиях реализовали эту задачу, используя те возможности, которые предоставляет им среда. Муравьи используют различных насекомых, так называемых трофобионтов, то есть трофический симбиоз — тли или есть щитовки, цикадки, самые разные насекомые, которые дают муравьям пать — эти сладкие выделения. Они сосут сок у растений, в соке растений содержится сахар. Эти насекомые как бы концентрируют этот сахар, муравьи их пасут, защищают, строят для них убежища, уносят их в свои гнезда на зимовку. Фактически речь идет о таком триатрофе — это растения, сосущие насекомые и муравьи. Все они связаны и все они дают друг другу возможности жить, в какой-то мере друг друга защищают, содействуют благополучию друг друга и одновременно способствуют увеличению численности друг друга. Если муравьи колонию тлей не охраняют, у нее много врагов, у нее болезни, у нее погода. Колония тлей маленькая, расселение идет слабое. Бесхозные, брошенные, одичалые стада. Если же эта колония под охраной муравьев, то численность повышается, поголовье увеличивается, выживаемость и продолжительность жизни одной особи тоже увеличивается. Они расселяются, получают возможность расселяться самостоятельно, там есть крылатые тли для этого, с одной стороны. Но с другой стороны, муравьи берут часть этих тлей из одной колонии и переносят в другое место и организуют новую колонию, — это, своего рода, животноводческие фермы.
— Растения только страдают от этого?
— Нет, муравьи посещают дерево, на котором находится колония тлей, муравьи защищают эти деревья от нападения всевозможных вредителей, которые потребляют листья, хвою. Во-первых, это хуже, чем тля. Во-вторых, у деревьев существует определенный резерв мощности, которые позволяют им содержать тлей и муравьев без ущерба для себя. Они не теряют прироста, но обретают большую биологическую устойчивость при этом. Поэтому дерево, растение, необязательно дерево, это может быть куст или даже травянистое растение, дерево тоже оказывается в выигрыше. Более того, в тропиках Южной Америки существуют муравьи, которые просто живут внутри деревьев, некоторых акаций. Там мягкая сердцевина, эту сердцевину муравьи выгрызают и там ее заселяют буквально, все это дерево, всю центральную часть ствола. И выходят они в местах прикрепления листьев бывших. Листья опадают, а выходы, дырочки остаются. И оттуда муравьи могут в любой момент, поскольку этих дырочек много, муравьи могут в мгновенье ока, многие тысячи их выйти на поверхность ствола и защитить это дерево как свое жилище от любого, кто попытается на это дерево покуситься. Муравьи обладают острым жалом, с сильным нервнопаралитическим ядом. Могут прыгать, они прыгают, отталкиваются и летят вперед жалом, как стрела, и вонзаются в тело любого, кто подойдет к этому дереву. Все читали, конечно, о том, что у индейцев Южной Америки была в свое время такая казнь — муравьиная казнь. То есть человека привязывали к дереву и оставляли его там, и он в страшных муках умирал. Так его привязывали не к любому дереву, его привязывали именно к дереву, которое называется тангарана, и это действительно было настоящее мучение, более жестокой казни придумать просто сложно.
— То есть это получается самый настоящий симбиоз между муравьем и растением. И растение нарочно выработало полости в своих стволах, где могут найти приют муравьи.
— По крайней мере, муравьи нашли этот вариант, этот симбиоз, действительно, оказался полезным и для дерева, и для них. Во-вторых, многие технологические муравьев-листорезов, у которых культура грибных садов, очень тонкая и четкая технология их организации, поддержания, — не достижима даже человеком. Это абсолютное обеспечение стерильности, система вентиляции. Сады эти подземные, на большой глубине. Для того, чтобы грибы нормально развивались, они их опустили вниз, так они избегают верхнего слоя, где много всевозможных грибных заболеваний. У листорезов культура грибов далеко продвинутая, есть специальные виды грибов, которых нигде кроме этих муравейников нет. То есть фактически, без всяких скидок они выращивают действительно культурное растение. Причем в разных популяциях муравьев и у разных видов есть преемственные ряды, формы одного и того же гриба. Эти, предположим, гнезда они используют штамм А, а эти штамм В. Причем, когда самка-расселительница муравьев-листорезов улетает из гнезда, молодая крылатая самка, которая должна спариться и основать новое гнездо, она улетает, беря с собой культуру гриба, ей рабочие кладут в специальную сумочку культуру гриба. Кроме того, часто вместе с ней улетает несколько мельчайших рабочих-грибников, которые потом помогут ей создавать новый грибной сад уже в новом гнезде. У матки есть сперматека, в которой спермы хватит на 20 лет жизни. Эти муравьи срезают листья с деревьев, приносят их в гнездо и из них делают такую кашицу стерильную и потом из нее лепят нечто вроде коралла. И на этот коралл, лепесточками которого служат отдельные фрагментики пережеванного листа, такие пластиночки, на эти пластиночки они высевают споры гриба.
— А откуда они споры берут?
— С тех грибов, которые у них живут в саду. Гриб настоящий с маленькими грибными телами, с ножкой, шляпкой, малюсенькие. И там муравьи урожай срезают, споры несут в новый сад, эти сады все время сменяются. Время существования одного садика где-то две недели. Поэтому у них все время обеспечивается конвейер. Они собирают урожай и отсюда споры перенесут в другое место. В другом садике в это время как раз идет сбор плодов для питания, для выкармливания расплода. В третьем это подрастает, в четвертом идет засев, а в пятой камере, в каждом случае — это отдельные камеры со шлюзами, полностью изолированные друг от друга, полностью изолированные от внешней среды, туда не пройдешь. То есть никакое насекомое, никакие тернитофилы туда не проникнут. Это полностью изолированное с очень хорошей системой кондиционирования, при соблюдении стерильности. В последней они начинают готовить. А когда все выработано, урожай собрали, это означает, что уже весь ресурс листьев иссяк, они это все берут, у них огромные, высотой больше двух метров огромные карманы, камеры вертикальные, куда они все сгружают. Камеры такие, что, представляете, муравей максимальный по размеру где-то полтора сантиметра, а камеры для отходов, которые они делают, там спокойно может ходить человек. Они выкопаны в земле. Специально, как мусорный контейнер огромных размеров для того, чтобы это потом изолировать, чтобы это вдруг не попало в систему. И вокруг этого гнезда существует тоннель обводной — это на тот случай, они же живут во влажном дождевом климате, когда будут ливни, сезон дождей, гнездо может затопить. Вокруг этого гнезда построен кольцевой тоннель толщиной с руку, сантиметров десять в диаметре, с выходами во все стороны. Фактически когда заливает, идет ливень, они закрывают входы из этих тоннелей вовнутрь гнезда, а этот тоннель, он дренирует все гнездо. Гнездо стоит защищенное, ему эти все непогоды нипочем.
— Трудно себе представить, что такое сложнейшее поведение и конструкция муравейников, что все это записано исключительно в генах. То есть, по-видимому, навыки развиваются при помощи культурного наследования, надо полагать. Потому что путем случайных мутаций трудно себе представить, как могло сформоваться такое.
— Я рад, что вы пришли самостоятельно к этому выводу.
Источник