Ю. ФРОЛОВ.
Наука и жизнь // Иллюстрации
Стеклянный муравейник для наблюдения за его обитателями в темноте при инфракрасном освещении.
Муравей, меченный капельками краски.
Отливка, показывающая строение муравьиного гнезда.
Прежде всего, просто наблюдением, причем с незапамятных времен.
Еще в Библии (Притчи царя Соломона) лентяям рекомендуется поучиться трудолюбию у муравья и отмечается децентрализованная организация действий этих общественных насекомых: "Пойди к муравью, ленивец, посмотри на действия его и будь мудрым. Нет у него ни начальника, ни приставника, ни повелителя, но он заготовляет летом хлеб свой, собирает во время жатвы пищу свою".
За муравьями с увлечением следили Аристотель, Плутарх, Плиний, сделав немало тонких и верных наблюдений, но и несколько ошибок. Так, Аристотель принимал окрыленных муравьев за отдельный вид и писал, что муравьи размножаются белыми червячками, сначала округлыми, а затем удлиняющимися. Разумеется, он имел в виду яйца, из которых выходят личинки.
Натуралисты прошлого раскапывали муравейники, чтобы выяснить их структуру, распределение камер разного назначения, понять кастовую организацию общества муравьев.
Ближе к нашим дням стало возможно без таких крайних мер, как раскапывание их жилища, наблюдать не только деятельность муравьев вне муравейника, но и их жизнь дома. Вставляют в стенку муравьиной кучи стекло или просто поселяют колонию муравьев в лабораторном стеклянном муравейнике. Он одномерный: склеивают два больших стекла, оставляя между ними промежуток в несколько миллиметров, засыпают туда стройматериалы и запускают муравьев. Так как муравьи не любят дневного освещения в своем жилище, следить за ними нередко удобнее при инфракрасном свете. Иногда в муравейник вводят гибкий волоконный эндоскоп с лампочкой на конце, позволяющий делать и фотоснимки.
Для слежения за жизнью и перемещениями отдельных особей их метят капелькой краски, иногда - светящейся, чтобы наблюдать в темноте. Правда, такой метод годится только для относительно крупных видов.
Еще более изощренный способ - мечение слаборадиоактивными изотопами, позволившее изучить трофаллаксис - обмен пищей между муравьями. Им либо дают сахарный сироп с изотопом углерода, либо подбрасывают жертву - гусеницу, выращенную на рационе с добавками радиоактивного фосфора. Затем счетчик Гейгера показывает, как благодаря обмену отрыгнутыми капельками пищи один накормленный муравей распространяет радиоактивность по всему муравейнику.
Строение подземных муравьиных гнезд изучают, либо раскапывая их, либо делая отливки сложных ходов и камер гнезда, заливая в его вход жидкий гипс, быстро застывающие полимеры или легкоплавкий металл.
См. в номере на ту же тему
Гипотеза: муравьи не только сами приспосабливаются к среде обитания, но и активно перестраивают окружающий мир применительно к своим нуждам. Цели исследования: Показать характер взаимосвязей муравьев с другими компонентами природного сообщества леса. 2. Проследить распространение муравьев на планете. 3. Выяснить, нуждаются ли муравьи в защите. Задачи исследования: Изучить научно-популярную литературу. 2. Обобщить наблюдения за муравейником, проведённые мной летом. 3. Провести анкетирование среди учащихся нашего классов.
Наука, изучающая муравьев называется мирмекология.
Туловище как бы разделено на 2 части. Между грудью и брюшком у них имеется тонкий стебелек из одного или двух члеников. К первой части прикреплены ноги, а второй частью тела является брюшко, на конце которого находится жало, которое выбрызгивает яд. У муравьёв 6 ножек. Голова подвижная, с сильно развитыми грызущими челюстями. На голове - глаза и усики.
Разновидности муравьёв. Фараонов Кампонотусы Муравей-кочевник Гигантский Рыжий лесной Красногрудый древоточец Чёрный садовый Формикафуксы
Муравейники разделяются на 4 типа: моховые кочки, земляные кочки, холмики из земли и растительных остатков, холмики из растительных остатков.
Семья муравьёв. Рабочие Расплод Королева-матка
Профессии муравьёв. Рабочие Хранители мёда Плотники Солдаты Фуражиры Няньки Пастухи тли Грибоводы
Продолжительность жизни муравьёв. Среди насекомых муравьи – долгожители. Царицы некоторых видов живут до двадцати лет, а рабочие муравьи от трёх до семи.
Питание муравьёв.
Муравьи-пастухи следят за тлёй. Такая связь муравьев и тлей, называемая трофобиозом.
Лес и муравьи. Возле муравейников густо растут травы. Это происходит потому, что своей деятельностью муравьи оказывают серьёзное влияние на почву: они её перемешивают, улучшают состав и своими многочисленными ходами обеспечивают доступ воздуха к корням деревьев.
Разрушенные муравейники.
Фараонов муравей в городе.
Они выращивают и ежедневно едят плесневые грибки, из которых люди изготовляют антибиотики. Муравьиную кислоту используют в качестве лекарства. Из муравьев выделено вещество, которое убивает возбудителей холеры, тифа и туберкулеза. Какую пользу приносят муравьи?
Итоги анкетирования.
Муравьи - защитники леса!
Вывод: Эти насекомые способны мыслить, приспосабливаться и перестраивать окружающий мир под свои требования. Многие земляные муравьи являются полезными почвообразователями, рыхлящими и удобряющими почву. Муравьи используются для борьбы с вредителями растений.
Спасибо за внимание!
Интересные факты о муравьях можно перечислять бесконечно. Чего только стоят их взаимоотношения «в обществе». Удивительно все – от жизни, поведения, до жилья, особенностей организма. Наука о муравьях предполагает исследование всех аспектов существования насекомых, называется мирмекология.
Интересные факты о муравьиной цивилизации
– самая многочисленная структура из всех насекомых. Живут огромной колонией, все члены которой являются биологическими родственниками. Каждая особь имеет свой специфический запах и общий, характерный для всех жителей одного . Благодаря этому муравьи отличают своего сородича от чужестранца.
На заметку!
Интересный факт относительно количества. Многочисленный отряд муравьев на планете подсчитан учеными приблизительно. Согласно полученным данным общий вес всех муравьев равняется весу всех людей в мире, причем ничтожно мала. Параллельно с нами живет иная цивилизация.
Интересный факт об . Распределению полномочий, обязанностей в социуме муравьев можно только позавидовать человеку. Строгое разделение на кланы, каждый из которых содержит «профессии». Охранник, разведчик, воин, няня, сиделка, повитуха, доильщик, строитель, санитар, добытчик пищи, транспортировщик.
Интересный факт о престиже. В муравьином обществе существует такое понятие, как престижная профессия. В молодом возрасте особи пробуют себя в разной сфере. Самая низшая каста – рабы. Им суждено быть строителями, выполнение других работ запрещается. Сюда относятся все те, кто не смог себя реализовать в иных сферах. Даже при перетаскивании ими яиц транспортировщики быстро отнимают детенышей. Строительная профессия у муравьев не в почете. Хотя без нее никуда.
Между муравьями частенько встречается разбор отношений:
- Особи пытаются укрепить свое место под солнцем, показывают свое превосходство перед другими.
- Устраивают разборки, в ходе которых проявляют агрессию – кусаются.
- Поднимаются на задние лапки, показывают свое преимущество в росте.
- Затем тащат побежденного, забрасывают в муравейник, демонстрируя свое превосходство остальным.
О муравейниках можно говорить бесконечно. Эта уникальная структура поражает размерами, внутренним строением, длительностью существования. К строительству дома приступают с рождения. Обязанности возлагаются на рабочий класс – самую многочисленную группу. С каждым годом строение увеличивается в размерах. Самый большой муравейник зафиксирован в Томской области. Высота муравьиного домика доходит до 3 м. диаметр – 5 м. Предположительно на строительство «многоэтажного здания» ушло 25 лет.
Внутреннее устройство муравейника поражает сложностью, отлаженностью, многообразием. Делится на 2 части – над землей и под ней.
Интересно!
В верхних этажах муравьи проводят лето, в нижних – . В каждой из них имеются многочисленные камеры, соединенные между собой ходами. Камера для , яиц, личинок, продуктов, тли, склады, гробницы, спальные комнаты и др. Вход тщательно охраняется солдатами.
Интересный факт из сферы размножения, развития
Удивителен и . Молодая самка оплодотворяется однажды самцом, который умирает после этого в течение недели. Ответственность за выбор места будущего жилья ложится на «женские» плечи. Самка откладывает яйца. Через 2 недели из них появляются рабочие муравьи, приступают к строительству. Женская особь становится королевой. Семенной жидкости, попавшей в ее организм однажды, хватает на воспроизведение потомства всю жизнь. А живет она около 25 лет.
Интересный факт – особенности организма
Зиму муравьи благополучно переносят. С наступлением тепла муравейник прогревается, его жители перебираются на верхние этажи, со временем открывают входы. Тело муравья при снижении температуры воздуха переходит в «спальный режим». Замедляются обменные процессы, температура тела способна снижаться до -58 градусов Цельсия. В таком состоянии муравей не замерзает, а просто пережидает неблагоприятные дни. У людей аналогичное состояние характеризуется, как летаргический сон. Однако и в теплый период.
Зимой муравьев трудно встретить, но строгого запрета на выход из муравейника нет. Если зима не слишком суровая, насекомые продолжают вести активный образ жизни, отравляются на поиски пищи. Несколько снижается плодовитость самки.
Муравьи живут слаженно, работают как единый механизм. Не имеют «мозгового центра», нет лидерских способностей. Нервная система насекомых не настолько слаженная. Как они все это делают без бунта, негодования, специального обучения – остается загадкой.
На заметку!
Способность муравьев к обучению приводит ученых в восторг. Насекомые передают свой опыт остальным, показывая, как все должно делаться. Опытный муравей, обнаруживший пищу, проводит по тому маршруту молодого члена общества, показывая, как следует находить провиант. Примеры многократны и разнообразны.
В камере муравейника насекомые . Обеспечивают ее растительной пищей, взамен получают сладкое вещество, которое тля выделяет на своем теле. Чтобы его было больше, муравьи щекочут насекомое. Для них такая пища – настоящее лакомство.
Интересно!
После смерти сородича, муравьи, в отличие от многих насекомых, не поедают его, а относят в специальную камеру – гробницу. В семействе насекомых проявляется забота о других, почет, уважение.
Представители тропических территорий- интересный факт
Все про муравьев из дальних стран не расскажешь в одной статье. Их жизнь вызывает удивление, восхищение и радость, что они не водятся в наших краях.
Живут в тропических странах – бродячие. Тело матки достигает размеров 5 см, рабочие муравьи – около 3 см. Периодически миллионная колония отправляется на поиски лучшей жизни, сметая на своем пути все живое – растения, мелких насекомых. Несут опасность для животных, людей.
Африканские сельские жители, узнав о движении бродячих муравьев, запирают дома, забирают с собой домашних животных, детей, уходят в другое место. Загрызают до смерти грызунов, собак, котов, даже коз. Вид ужасающий. Для человека муравья грозит серьезными осложнениями со здоровьем.
Много интересных фактов про муравьев относительно их появления на свет. Яйца оплодотворяет самка при прохождении их через половые пути. Из неоплодотворенных яиц появляются самцы, оплодотворенные производят на свет самок.
Самцы долго не живут, погибают в течение недели после оплодотворения молодой самки. Их участь предопределена заранее. Самки неспособные к оплодотворению – основная часть муравьиного общества. Из яйца появляются личинки с одинаковым аппетитом, запросами. Их разделяют по разным камерам, обеспечивая разный уход.
Интересно!
От качества и количества питания зависит дальнейшая жизнь особи. В этот период формируется способность к зачатию либо ее отсутствие. Муравьи сами регулируют количество рабочих особей, самцов, королев.
Все о муравьях невозможно вместить в одной статье, информации настолько много, что знания выделили в отдельную науку. Самые интересные факты из жизни муравьев предоставляют ученые на всеобщее удивление.
Удивительные муравьи: какие факты свидетельствуют об их уникальности?
Муравьи – одни из самых удивительных существ на планете Земля, их жизнь и социальный строй работает как часы, а по некоторым своим качествам и видам активности они напоминают людей. Высокоразвитые и многочисленные они удивляют ученых особенностями своей жизни с каждым новым открытием. В этой статье приведены уникальные факты, описывающие быт и жизнедеятельность муравьев, которые позволяют взглянуть по-новому на этих двужильных членистоногих.
Общая информация о жизни этих насекомых
Эти трудолюбивые существа и особенности их жизненного строя являются объектом изучения науки под названием «мирмекология». Ученые, или мирмекологи, занимаются научными изысками этой группы членистоногих, относящихся к семейству «формициды». Им есть, что изучать – муравьи считаются одними из самых многочисленных живых существ в биосфере Земли:
- они обитают на всех континентах планеты, кроме Антарктиды, Гренландии и Исландии;
- общее количество особей составляет значение в несколько квадриллионов (1 квадриллион равняется 10 в 15 степени или миллиарду миллионов) – по миллиону на каждого человека;
- общая масса этого количества равняется общей массе человечества.
Формициды появились очень давно, еще во времена динозавров; они найдены в окаменелостях возрастом свыше 100 миллионов лет. В отличие от этих гигантов, насекомые благодаря своим природным особенностям пережили огромное множество эпох, катастроф, изменений климата.
Сейчас насчитывается несколько тысяч видов муравьев – от 9 до 12 тыс. разновидностей существ, приспособленных к разному климату.
Общая особенность – социальный строй жизни: они объединяются в муравейники – огромные скопления членистоногих, в которых жизнь четко распределена несколькими социальными ролями и взаимоотношениями между ними. Особи живут как единый организм – каждая единица постоянно трудится во благо этого организма. Колония может насчитывать от нескольких сотен, тысяч до миллионов существ. Территориально она может охватывать огромные пространства: некоторые суперколонии с учетом всех своих гнезд (взаимосвязанных между собой) располагаются на площади в несколько тысяч квадратных метров (больше некоторых карликовых государства типа Люксембурга).
Всем заправляет центральная матка, которая яйценосит, управляет семейством и обладает потрясающие долгим для насекомых сроком жизни. В среднем она живет около 7-15 лет, в отдельных случаях доживает до 28 лет. Конечно, ее срок жизни зависит от множества факторов, в том числе процветания самой колонии и способности нести яйца (неплодоносных маток убивают рабочие), но сама длительность сравнима с жизнью млекопитающих. На сегодняшний день проводятся специализированные научные исследования, во время которых ученые пытаются определить уровень интеллекта матки-королевы: по оценкам, такой возраст позволяет достичь значительного уровня осознания даже на уровне насекомого.
В редких случаях возможна полигиния, когда в одном рассаднике несут яйца две матки, хотя обычно королева может быть только одна, и она не терпит наличия конкуренток. Колония может состоять из нескольких гнезд, в котором находится своя центральная матка. Раз в жизни они имеют крылья – средство для удобного распространения и нахождения места для развития семейства.
Организм этих животных приспособлен к труду; корпус, выполненный из хитина, позволяет выдерживать огромное давление и вес: если сдавить особь определенного вида полукилограммовой или даже килограммовой гирей, она выдержит эту нагрузку. Это дает им возможность переносить грузы весом и объемом превышающие тельцы насекомого в несколько десятков и даже сотен раз.
Внимание! Особенности жизни формицидов позволяют им считаться одними из самых близких к человеку существ по уровню эволюционного развития.
Особенности жизни в муравейнике
Эти насекомые организуются в общины, жизненный строй которых распределен четким образом. Это общество матриархата; сравнивая с людьми, формициды похожи на легендарных «амазонок»:
- большую часть популяции составляют рабочие (включая солдат и представителей других социальных ролей), они являются стерильными самками, у которых отсутствует способность к размножению;
- самцы используются только для оплодотворения, после соития они быстро погибают.
Развитие колонии происходит следующим образом:
- Оплодотворенная самка самостоятельно определяет место, подходящее для обустройства гнезда.
- Она обустраивается в выбранном месте, откладывает яйца.
- В первое время всей работой по уходу за личинками, куколками, включая поиски пищи, особь занимается сама.
- Примерно за 30-40 дней из личинки вырастает взрослый муравей. Появившиеся рабочие распределяют роли, начинают вести поиск пищи, уход за потомством и берут на себя защитные и другие функции.
- Как только положение муравейника стабилизируется, а количество работоспособных членистоногих вырастет, матка перестает заниматься какими-либо делами, кроме одного – несения яиц. Она способна отложить до 40 тыс. яиц всего за 24 часа.
Кормлением, уходом за маткой занимается ее свита – определенное количество рабочих животных.
В колонии имеется четкая иерархия: все обязанности, необходимые для поддержания жизнеспособности убежища, четко распределены между его жителями. Главную функцию выполняет рабочие, которых большинство; они подразделяются на:
- солдат – занимаются защитой своего дома, проводят атаки на другие муравейники;
- фуражиров – собирают еду, складируют ее во внутренних хранилищах;
- строителей – строят и ремонтируют гнездо, укрепляют стены, дорожки, кровлю;
- разведчиков – ведут поиски продуктов питания во внешних условиях, при нахождении еды запоминают место и отправляют туда фуражиров;
- рабочих-повитух, ведущих уход за яйцами. Их функция – правильное выращивание потомства.
Самцы же, как сказано, нужны только для оплодотворения, в жизни гнезда никакой другой функции они не выполняют.
В зависимости от конкретного вида членистоногих могут иметься отдельные социальные роли. Например, некоторые разновидности формицидов не умеют самостоятельно питаться, еду им в рот запихивают рабочие, за которыми эта функция и закреплена.
Внимание! Роли закладываются еще во время созревания личинки – это зависит от того, как и чем ее будут кормить.
Именно центральная матка решает, сколько должно быть каких особей, она отдает команды рабочим, которые занимаются уходом за яйцами. До конца не ясно, каким образом королева понимает соотношение тех или иных рабочих по отношению ко всей популяции, возможно, здесь используются какие-то неизвестные науке принципы обмена информацией (что-то наподобие общей нейронной сети между животными).
Сами по себе муравьиные яйца яйцами не являются, скорее, это маленькие личинки, которые не способны развиваться самостоятельно. Когда матка откладывает яйцо, в нем имеется минимальное количество питательных соединений, но в дальнейшем постоянно кормить зародыши и молодняк обязаны рабочие-повитухи.
Во взаимоотношениях членистоногих между собой царит справедливость:
- тех, кто получил какие-либо травмы, семейство лечит и дополнительно подкармливает;
- фуражиров, съевшие ту еду, которую обязаны принести в хранилище, убивают собственные собратья. Как известно, рабочие не имеют права питаться той пищей, которая предназначена для перераспределения в муравейнике;
- лень также недопустима: если будет замечено, что какая-либо особь бездельничает, ее могут выгнать из семейства.
В отдельных случаях возможно понижение социального статуса вплоть до раба. В таком случае провинившаяся особь будет заниматься активностью, которая считается менее привлекательной (например, вынос мусора или строительство не ценятся в муравьином сообществе), а также будет получать меньше еды во время кормления.
Иногда колония может захватывать рабов во время нападения на другие гнезда. Преодолев защиту и достигнув личинок, они их выращивают для служения своему семейству. В других ситуациях достаточно убить вражескую королеву, чтобы подконтрольное ей семейство признало новую власть.
Ориентация в пространстве и способность к обучению
Животные взаимодействуют друг с другом при помощи обоняния (в большей степени) и слуха. С помощью определенных запахов (желез), усиков, контактного обмена одно насекомое передает другому нужную информацию об опасности, месте расположения пищи, какую-либо команду и т.д. Звуки они издают однотипные, с помощью постукивания своими усиками по корпусу или трения лапками.
Внимание! Для передачи информации и опознавания «свой-чужой» применяется метод трофоллаксиса – передача полупереваренной пищи.
Вне своего гнезда муравьи ориентируются также по обонянию. Разведчики при построении оптимального пути до источника пищи оставляют за собой феромоновый след, который в дальнейшем укрепляется вновь прошедшими насекомыми и превращается в закрепленный путь для передвижения.
Кстати, на этом примере можно раскрыть еще одну удивительную способность членистоногих – способность к обучению. Замечено, что разведчики и другие рабочие учат собратьев своему искусству, например, во время обучения несколько насекомых проходят путь в 4 раза медленнее, чем если бы это сделал одна взрослая особь.
Удивительные виды активности
Формициды ведут постоянный поиск еды, создают подземные защищенные и охраняемые хранилища. Интересный факт: собранные зерна они выносят на улицу сушиться и делают это именно в солнечную и теплую погоду.
Отдельные виды занимаются сельским хозяйством и создают подземные плантации грибов. Это особенность присуща только муравьям, термитам и людям.
- Рабочие создают условия для прорастания: приносят кусочки трав, листьев, пережевывают, смешивают их со своим калом и спорами грибов.
- Полученную массу они раскладывают ровным слоем в грибнице, где начинает произрастать урожай.
- Членистоногие ухаживают за своими посадками, обрезают их, пуская грибы в рост и откусывая плодовые тела.
Питаясь своими разрастаниями, существа меньше зависят от внешнего мира и могут обеспечивать себя едой сами.
Внимание! При покидании родового гнезда оплодотворенная самка забирает с собой небольшой кусочек грибов и спор – в новом убежище она делает основу для новой плантации.
Следующей своей особенностью формициды похожи только на людей: никакие другие животные не занимаются фермерством – они разводят тлю. Они делают это также для обеспечения себя пищей.
Это взаимовыгодное партнерство – тля выделяет сладкую, сытную и очень любимую муравьями падь, а те, в свою очередь, защищают ее и создают условия для размножения.
Членистоногие следят за тлей, разносят их по растениям, чтобы она могла питаться соком, сохраняют их в безопасности и, естественно, собирают падь.
Некоторые виды животных питаются только этими выделениями и попадают в определенную зависимость: если тля умрет, то вымрет и колония. Кстати, выделять приятную для формицидов жидкость умеют и другие насекомые (жуки, гусеницы и др.): они могут безопасно проникать в рассадник и питаться личинками – за падь им прощают даже такие проступки.
Подобным образом действуют пауки, похожие на муравьев: используя эту свою схожесть, они проникают в гнездо, убивают животное и выносят его в качестве умершего собрата, и в безопасном месте поедают свою добычу. Что характерно, у пауков 8 ножек, а у формицидов 6; чтобы усилить сходство, охотник просто поджимает две лапки.
Членистоногие употребляются в пищу в различных регионах мира. Они и их личинки являются отличным источником белковой пищи.
- В Азии очень любят использовать как приправу соус на основе древесных муравьев.
- Личинки продают на рынках: каждый желающий может взвесить и купить необходимое количество снеди. В Таиланде они считаются деликатесом.
- В Мексике и на юге США обитают медовые муравьи, особенность которых – наличие специальных особей, использующихся для хранения пищи. Их откармливают до больших размеров (что насекомое уже не может двигаться), наполняют смесью воды и различных сахаров. В муравейнике питаются выделениями, которые исходят от «источника пищи». Сам по себе такой «раздутый» формицид считается лакомством для людей, по вкусу напоминая мед. Это достаточно дорогое удовольствие – килограмм медовых муравьев стоит порядка $100.
- Отдельные племена, обитающие в Южной Америке, используют ядовитых членистоногих для обряда посвящения в мужчины. Молодой человек должен поместить руку в специальный рукав, наполненный живыми муравьями, и выдержать их укусы. Это очень болезненная процедура, после которой пострадавшая рука опухает, на время ее парализует.
В странах Юго-Восточной Азии и Африки очень любят есть личинки этих созданий.
Внимание! Личинки — лучший корм для птенцов различных видов домашних декоративных птиц.
Ниже приведено несколько удивительных фактов о насекомых, говорящих об их уникальности.
- Длина самых маленьких особей может не достигать даже 2 мм, самые большие в длину составляют порядка 5-7 см.
- Общий вес всех формицидов на Земле составляет пятую часть от веса всех живых существ на планете.
- Эти животные приносят пользу, поддерживая баланс в экосистеме, они уничтожают вредителей (за лето могут ликвидировать около 2 млн. вредоносных насекомых).
- Они не нуждаются во сне.
- Отдыхают они в особом трансе, покачивая корпусом из стороны в сторону.
- После пробуждения они потягиваются и зевают.
- Рабочая особь может прожить до 3 лет.
- Членистоногие способны находиться под водой долгое время (вплоть до нескольких суток) без вреда для своей жизни.
- Во время движения животные развивают высокую скорость: если перевести на уровень человека, то получается чуть больше 50 километров в час.
- Формициды имеют развитый мозг, состоящий из 250 тысяч клеток, обеспечивающих высокую нейронную активность.
- У них нет слухового аппарата, они ощущают вибрации от грунта или прикосновения своих собратьев.
- Отдельные виды этих членистоногих умеют ориентироваться по магнитным линиям планеты.
- Муравьиная кислота – токсин, вырабатывающийся у особей, используется как болеутоляющее, тонизирующее, противовоспалительное средство для лечения многих заболеваний человека.
- Во время переправы через ручьи и другие преграды животные умеют соединяться в своеобразные «мосты» для их пересечения.
- Некоторые виды формицидов смертельно опасны для людей – например, укус муравья-бульдога может привести к смерти.
- Также опасны бродячие муравьи из-за их мощных челюстей. Огромные колонии, обитающие в центральных районах Африки, устраивают набеги и уничтожают все живое. Были случаи, когда они убивали людей, оставленных случайно коз и других домашних животных.
- Очень болезненны укусы муравья-пули. По ощущениям их укус напоминает огнестрельное ранение и ощущается около 24 часов. Множественные укусы убивают человека.
- Некоторые виды клопов используют формицидов как средство самозащиты. Они убивают их, высасывают и создают на спине панцирь из тел мертвых насекомых. Так они защищают себя от пауков, обманывая их.
- Королеву выбирают на основе состязания: несколько конкурсанток показывают себя и устраивают показательный бой перед собравшимися членистоногими. Они и выбирают победительницу, которая возглавит муравейник.
Муравьи выполняют важную роль для сохранения всей экосистемы Земли. Эти существа во многом похожи на людей, развиты во всех смыслах. Их жизнь полна удивительных подробностей, и о самых ярких из них читатель узнал с прочтением этой статьи.
Сложность жизненного уклада муравьиной семьи удивляет даже специалистов, а для непосвященных вообще представляется чудом. Трудно поверить в то, что жизнь всего муравьиного сообщества и каждого отдельного его члена управляется только врожденными инстинктивными реакциями. Ученым пока не ясно, как происходит координация коллективных действий десятков и сотен тысяч жителей муравейника, каким образом муравьиная семья получает и анализирует информацию о состоянии окружающей среды, необходимую для поддержания жизнеспособности муравейника. Гипотеза, которая рассматривает эти вопросы с внешней по отношению к мирмекологии точки , используя идеи теории информации и управления, может показаться фантастической. Однако полагаем, что она имеет право на обсуждение.
Муравьи тщательно следят за состоянием своего жилища. Среднего размера муравейник состоит из 4-6 млн хвоинок и веточек. Ежедневно сотни муравьев переносят их сверху в глубь муравейника, а из нижних этажей – наверх. Так обеспечивается стабильный влажностный режим гнезда, и поэтому купол муравейника остается сухим после дождя, не гниет и не плесневеет.
Оригинально решают муравьи проблему разогрева муравейника после зимы. Теплопроводность стенок муравейника очень мала, и естественный прогрев весною занял бы очень долгое время. Для ускорения этого процесса муравьи приносят тепло внутрь муравейника на себе. Когда начинает пригревать солнце и с муравейника сходит снег, его жители выползают на поверхность и начинают “принимать солнечные ванны”. Очень быстро температура тела муравья повышается на 10-15 градусов, и он возвращается обратно в холодный муравейник, согревая его своим теплом. Тысячи муравьев, “принимающих” такие “ванны”, быстро поднимают температуру внутри муравейника.
Бесконечно разнообразие муравьев. В тропиках водятся так называемые бродячие муравьи, которые кочуют большими массами. На своем пути они уничтожают всё живое, и остановить их невозможно. Поэтому на жителей тропической Америки эти муравьи наводят ужас. При приближении колонны бродячих муравьев жители с домашними животными бегут из деревни. После прохода колонны через деревню в ней не остается ничего живого: ни крыс, ни мышей, ни насекомых. Двигаясь в колонне, бродячие муравьи соблюдают строгий порядок. По краям колонну охраняют муравьи-солдаты с огромными челюстями, в центре находятся самки и рабочие. Рабочие несут личинок и куколок. Движение продолжается весь световой день. На ночь колонна останавливается, и муравьи сбиваются в кучу. Для размножения муравьи временно переходят на оседлую жизнь, но строят не муравейник, а гнездо из собственных тел в форме шара, полого внутри, с несколькими каналами для входа и выхода. В это время матка начинает откладывать яйца. Рабочие муравьи ухаживают за ними и выводят из них личинок. Отряды муравьев-фуражиров время от времени выходят из гнезда за пищей для семьи. Оседлая жизнь продолжается до тех пор, пока личинки не подрастут. Тогда муравьиная семья опять двигается в путь.
О чудесах муравьиной семьи можно рассказать еще очень много, но вот каждый отдельный обитатель муравейника – это, как ни удивительно, просто мелкое суетливое насекомое, в действиях которого часто трудно найти какую-либо и цель.
Муравей перемещается по неожиданным траекториям, тащит в одиночку или в группе какие-нибудь грузы (кусок травинки, муравьиное яйцо, комочек земли и т.д.), но обычно трудно проследить за его работой от начала до результата. Более осмысленно выглядят его, так сказать, “трудовые макрооперации”: муравей сноровисто подхватывает травинку или кусочек хвои, включается в “групповую” переноску, умело и отчаянно сражается в муравьиных битвах.
Поражает не то, что из этого хаоса и, казалось бы, бесцельной суеты складывается многоликая и размеренная жизнь муравейника. Если с высоты сотни метров посмотреть на любое человеческое строительство, то картина будет очень схожа: там тоже сотни работников делают десятки на первый взгляд не связанных друг с другом операций, и в результате возникает небоскреб, домна или плотина.
Удивительно другое: в муравьиной семье не обнаруживается никакого “мозгового центра”, который управлял бы общими усилиями для достижения желаемого результата, будь то починка муравейника, добыча пищи или защита от врагов. Больше того, анатомия отдельного муравья – разведчика, работника или муравьиной матки – не позволяет поместить этот “мозговой центр” в отдельном муравье. Слишком малы физические размеры его нервной системы, и слишком велик объем программ и накопленных поколениями данных, необходимых для управления жизнедеятельностью муравейника.
Можно допустить, что отдельный муравей способен автономно на инстинктивном уровне выполнять небольшой набор “трудовых макроопераций”. Это могут быть и трудовые и боевые операции, из которых, как из элементарных кирпичиков, складывается трудовая и боевая жизнь муравейника. Но для жизни в муравьиной семье этого мало.
Для существования в своей среде обитания муравьиной семье необходимо уметь оценивать и собственное состояние, и состояние окружающей среды, уметь переводить эти оценки в конкретные задачи поддержания гомеостаза, устанавливать приоритеты этих задач, следить за их выполнением и в режиме реального времени перестраивать работу в ответ на внешние и внутренние возмущения.
Как муравьи делают это? Если принять допущение об инстинктивных реакциях, то достаточно правдоподобный алгоритм может выглядеть следующим образом. В живого существа в том или ином виде должно находиться нечто подобное таблице “ситуация – инстинктивный ответ на ситуацию”. В любой жизненной ситуации информация, поступающая от , обрабатывается нервной системой и “образ ситуации”, созданный ею, сравнивается с “табличными ситуациями”. При совпадении “образа ситуации” с какой-либо “табличной ситуацией” выполняется соответствующий “ответ на ситуацию”. Если совпадения нет – не корректируется или выполняется некоторый “дежурный” ответ. Ситуации и ответы в такой “таблице” могут быть обобщены, но и при этом ее информационный объем будет очень большим даже для выполнения относительно простых функций управления.
“Таблица” же, которая управляет жизнью муравейника и в которой перечислены варианты ситуаций трудовой деятельности и контактов с окружающей средой при участии десятков тысяч муравьев, становится просто необозримой, и для ее хранения потребовались бы колоссальные объемы “запоминающих устройств” нервной системы. Кроме того, время получения “ответа” при поиске в такой “таблице” также будет очень велико, так как его необходимо выбирать из необозримо большого набора схожих ситуаций. А в реальной жизни эти ответы надо получать достаточно быстро. Естественно, что путь усложнения инстинктивного поведения вскоре заводит в тупик, особенно в тех случаях, когда требуются инстинктивные навыки коллективного поведения.
Муравьи. "Пастух" и стадо "коров"
Для оценки сложности “таблицы инстинктивного поведения” посмотрим хотя бы, какие основные операции приходится выполнять муравьям-“животноводам” при уходе за тлями. Очевидно, что муравьи должны уметь отыскивать на листьях “богатые пастбища” и отличать их от “бедных”, чтобы вовремя и правильно перемещать тлей по растению. Они должны уметь распознавать опасных для тлей насекомых и знать способы борьбы с ними. При этом вполне возможно, что способы борьбы с разными врагами отличаются друг от друга, и это, естественно, увеличивает необходимый объем знаний. Важно также уметь опознавать самок тлей, чтобы в определенный момент (в начале зимы) переносить их в муравейник, располагать в специальных местах и обслуживать всю зиму. Весною же надо определить места их повторного расселения и организовать жизнь новой колонии.
Наверное, нет надобности продолжать – уже перечисленные операции дают представление об объеме знаний и умений, нужных муравью. При том надо учитывать, что все подобные операции – коллективные и в разных ситуациях могут выполняться разным количеством муравьев. Поэтому невозможно выполнять эту работу по жесткому шаблону и надо уметь адаптироваться к меняющимся условиям коллективного труда. Например, муравей-“животновод” должен знать не только, как ухаживать за тлями, но и как участвовать в коллективной жизни муравейника, когда и где работать и отдыхать, в какое время начинать и кончать рабочий день и т.д. Для координации действий десятков и сотен тысяч муравьев в безбрежном океане вариантов коллективной трудовой деятельности необходим уровень управления на порядки выше того, который возможен при инстинктивном поведении.
Элементарные интеллектуальные возможности появились у представителей животного мира Земли именно как способ обойти это принципиальное ограничение. Вместо жесткого выбора из “таблицы” стал использоваться метод построения “ответа” на возникающую ситуацию из относительно малого набора элементарных реакций. Алгоритм такого построения хранится в “памяти”, и специальные блоки нервной системы в соответствии с ним строят необходимый “ответ”. Естественно, что та часть структуры нервной системы, которая ответственна за реакции на внешние возмущения, существенно усложняется. Но такое усложнение окупается тем, что позволяет, не требуя нереально больших объемов нервной системы, практически неограниченно разнообра зить поведение особи и сообщества. Освоение нового типа поведения с этой точки зрения требует лишь добавления в “память” нового алгоритма формирования “ответа” и минимального объема новых данных. При инстинктивном же поведении возможности нервной системы быстро ставят предел такому развитию.
Очевидно, что перечисленные выше функции управления муравьиной семьей, необходимые для поддержания равновесия с окружающей средой и выживания, не могут выполняться на инстинктивном уровне. Они близки к тому, что мы привыкли называть .
Но доступно ли мышление муравью? По некоторым данным, его нервная система содержит всего около 500 тыс. нейронов. Для сравнения: в около 100 млрд нейронов. Так почему же муравейник может делать то, что он делает, и жить так, как он живет? Где размещается “мыслящий центр” муравьиной семьи, если в нервной системе муравья его разместить нельзя? Скажу сразу, что таинственные “психополя” и “интеллектуальная аура” в качестве вместилища этого “центра” здесь рассматриваться не будут. Будем искать реально существующие места возможного расположения такого “центра” и способы его функционирования.
Представим себе, что программы и данные гипотетического мозга достаточно большой мощности разбиты на большое количество малых сегментов, каждый из которых размещен в нервной системе одного муравья. Для того чтобы эти сегменты могли работать как единый мозг, надо соединить их линиями связи и в набор программ мозга включить программу-“надзирателя”, которая следила бы за передачей данных между сегментами и обеспечивала нужную последовательность их работы. Кроме того, при “построении” такого мозга надо учесть то, что некоторые муравьи – носители программных сегментов – могут умереть от старости или погибнуть в тяжелой борьбе за выживание, а с ними погибнут и расположенные в них сегменты мозга. Чтобы мозг был устойчив к таким потерям, необходимо иметь резервные копии сегментов.
Программы самовосстановления и оптимальная стратегия резервирования позволяют, вообще говоря, создать мозг очень высокой надежности, который сможет работать продолжительное время, несмотря на военные и бытовые потери и смену поколений муравьев. Такой “мозг”, распределенный по десяткам и сотням тысяч муравьев, будем называть распределенным мозгом муравейника, центральным мозгом или супермозгом. Надо сказать, что в современной технике системы, сходные по структуре с супермозгом, не новинка. Так, американские университеты уже используют тысячи компьютеров, подключенных к Интернету, для решения актуальных научных задач, требующих больших вычислительных ресурсов.
Кроме сегментов распределенного мозга в нервной системе каждого муравья должны быть заложены и программы “трудовых макроопераций”, выполняемых по командам этого мозга. Состав программы “трудовых макроопераций” определяет роль муравья в иерархии муравейника, а сегменты распределенного мозга работают как единая система, как бы вне сознания муравья (если бы оно у него было).
Итак, предположим, что сообщество коллективных насекомых управляется распределенным мозгом, причем каждый член сообщества является носителем частицы этого мозга. Другими словами, в нервной системе каждого муравья находится небольшой сегмент центрального мозга, который является коллективной собственностью сообщества и обеспечивает существование этого сообщества как целого. Кроме того, в ней находятся программы автономного поведения (“трудовые макрооперации”), которые являются как бы описанием его “личности” и которые логично назвать собственным сегментом. Так как объем нервной системы каждого муравья мал, то и объем индивидуальной программы “трудовых макроопераций” тоже получается малым. Поэтому такие программы могут обеспечивать самостоятельное поведение насекомого только при выполнении элементарного действия и требуют обязательного управляющего сигнала после его окончания.
Говоря о супермозге, нельзя обойти проблему связи между его сегментами, расположенными в нервной системе отдельных муравьев. Если мы принимаем гипотезу распределенного мозга, то должны учитывать, что для управления системой муравейника необходимо быстро передавать большие объемы информации между сегментами мозга и отдельные муравьи должны часто получать управляющие и корректиру ющие команды. Однако многолетние исследования муравьев (и других коллективных насекомых) не обнаружили сколько-нибудь мощных систем передачи информации: найденные “линии связи” обеспечивают скорость передачи порядка единиц бит в минуту и могут быть только вспомогательными.
Сегодня мы знаем лишь один канал, который мог бы удовлетворить требованиям работы распределенного мозга: электромагнитные колебания в широком диапазоне частот. Хотя до настоящего времени такие каналы не найдены ни у муравьев, ни у термитов, ни у пчел , из этого не следует, что они отсутствуют. Правильнее говорить о том, что использованные методики исследования и аппаратура не позволили обнаружить эти каналы связи.
Современная техника, например, дает примеры совершенно, неожиданных каналов связи в хорошо, казалось бы, изученных областях, которые можно обнаружить только специально разработанными методами. Хорошим примером может быть улавливание слабых звуковых колебаний, или, попросту говоря, подслушивание. Решение этой задачи искали и находили и в архитектуре древнеегипетских храмов, и в современных направленных микрофонах, но с появлением лазера неожиданно выяснилось, что есть еще один надежный и высококачественный канал приема весьма слабых акустических колебаний. Причем возможности этого канала далеко превосходят все, что считалось в принципе возможным, и кажутся сказочными. Оказалось, что можно хорошо слышать безо всяких микрофонов и радиопередатчиков все, что вполголоса говорится в закрытой комнате, и делать это с расстояния 50-100 метров. Для этого достаточно, чтобы в комнате было застекленное окно. Дело в том, что звуковые волны, возникающие при разговоре, вызывают колебания оконных стекол с амплитудой в микроны и доли микрона. Лазерный же луч, отражаясь от колеблющегося стекла, дает возможность фиксировать эти колебания на приемном устройстве и после соответствующей математической обработки превращать в звук. Этот новый, ранее неизвестный метод регистрации колебаний позволил улавливать неощутимо слабые звуки в условиях, когда их обнаружение казалось принципиально невозможным. Очевидно, что эксперимент, опирающийся на традиционные способы поиска электромагнитных сигналов, не смог бы обнаружить этот канал.
Почему же нельзя предположить, что распределенный мозг использует какой-то неизвестный нам способ передачи информации по каналу электромагнитных колебаний? С другой стороны, в повседневной жизни можно найти примеры передачи информации по каналам, о физической основе которых ничего не известно. Я не имею в виду исполняющиеся предчувствия, эмоциональную связь между близкими людьми и другие подобные случаи. Вокруг этих явлений, несмотря на их безусловное существование, накопилось столько мистических и полумистических фантазий, преувеличений, а иногда и просто обмана, что я не решаюсь ссылаться на них. Но известно, например, такое распространенное явление, как ощущение взгляда. Практически каждый из нас может случаи, когда он оборачивался, почувствовав чей-нибудь взгляд. Сомнений в существовании информационного канала, который ответственен за передачу ощущения взгляда нет, но нет и объяснения, каким образом некоторые особенности состояния психики смотрящего передаются тому, на кого он смотрит. Электромагнитное поле мозга, которое могло бы быть ответственно за этот информационный обмен, практически неощутимо при удалении на десятки сантиметров, а ощущение взгляда передается на десятки метров.
То же можно сказать о таком общеизвестном явлении, как . Гипнотические способности имеет не только человек: известно, что некоторые змеи используют при охоте. При гипнозе также происходит передача информации от гипнотизера к гипнотизируемому по каналу, который хотя и безусловно существует, но природа которого неизвестна. Причем если гипнотизер-человек использует иногда голосовые приказы, то змеи звуковой сигнал не используют, но их гипнотическое внушение от этого не теряет силу. И никто не сомневается в том, что можно почувствовать чужой взгляд, и не отрицает реальности гипноза из-за того, что в этих явлениях каналы передачи информации неизвестны.
Все сказанное выше можно рассматривать как подтверждение допустимости предположения о существовании канала передачи информации между сегментами распределенного мозга, физическая основа которого нам еще неизвестна. Так как наука, техника и практика повседневной жизни дают нам неожиданные и неразгаданные примеры разнообразных информационных каналов, то и в предположении о наличии еще одного канала неустановленной природы нет, видимо, ничего необычного.
Для объяснения того, почему линии связи у коллективных насекомых еще не обнаружены, можно привести много различных причин – от вполне реальных (недостаточная чувствительность исследовательской аппаратуры) до фантастических. Проще, однако, допустить, что эти линии связи существуют, и посмотреть, какие следствия из этого вытекают.
Прямые наблюдения за муравьями подтверждают гипотезу о внешних командах, управляющих поведением отдельного насекомого. Типичным для муравья является неожиданное и резкое изменение направления движения, которое нельзя объяснить никакими видимыми внешними причинами. Часто можно наблюдать, как муравей на мгновенье останавливается и неожиданно поворачивает, продолжая движение под углом к прежнему направлению, а иногда и в обратную сторону. Наблюдаемую картину можно правдоподобно истолковать, как “остановку для приема управляющего сигнала” и “продолжение движения после получения приказа о новом направлении”. При выполнении какой-либо трудовой операции муравей может (правда, это случается заметно реже) прервать ее и либо перейти к другой операции, либо двигаться в сторону от места работы. Такое поведение также напоминает реакцию на внешний сигнал.
Очень интересен с точки зрения гипотезы супермозга феномен так называемых ленивых муравьев. Наблюдения показывают, что не все муравьи в семье являются образцами трудолюбия. Оказывается, примерно 20% муравьиной семьи практически не принимает участия в трудовой деятельности. Исследования показали, что “ленивые” муравьи – это не муравьи на отдыхе, которые после восстановления сил включаются в работу. Оказалось, что если удалить из семьи заметную часть работающих муравьев, то соответственно повышается темп работы оставшихся “работников”, а “ленивые” муравьи в работу не включаются. Поэтому их нельзя считать ни “трудовым резервом”, ни “отдыхающими”.
Сегодня предложено два объяснения существования “ленивых” муравьев. В первом случае предполагается, что “ленивые” муравьи – это своеобразные “пенсионеры” муравейника, состарившиеся муравьи, неспособные к активной трудовой деятельности. Второе объяснение еще проще: это муравьи, которые почему-то не хотят работать. Так как других, более убедительных объяснений нет, считаю, что имею право на еще одно предположение.
Для любой распределенной системы обработки информации – а супермозг является разновидностью такой системы – одна из основных проблем – обеспечение надежности. Для супермозга эта задача жизненно важна. Основу системы обработки информации представляет программное обеспечение, в котором закодированы принятые в системе методы анализа данных и принятия решений, что справедливо и для супермозга. Наверняка его программы сильно отличаются от программ, написанных для современных вычислительных систем. Но в том или ином виде они должны существовать, и именно они ответственны за результаты работы супермозга, т.е. в конечном счете за выживание популяции.
Но, как уже говорилось выше, программы и данные, которые ими обрабатываются, не хранятся в одном месте, а разбиты на множество сегментов, расположенных в отдельных муравьях. И даже при очень большой надежности работы каждого элемента супермозга результирующая надежность системы получается невысокой. Так, например, пусть надежность работы каждого элемента (сегмента) равна 0,9999, т.е. сбой в его работе возникает в среднем один раз на 10 тысяч обращений. Но если вычислить суммарную надежность системы, состоящей, скажем, из 60 тысяч таких сегментов, то она оказывается меньше 0,0025, т.е. уменьшается примерно в 400 раз по сравнению с надежностью отдельного элемента!
Разработаны и используются в современной технике различные способы повышения надежности больших систем. Например, резко повышает надежность дублирование элементов. Так, если при той же, что и в приведенном примере, надежности элемента его дублировать, то общее количество элементов возрастет вдвое, но зато суммарная надежность системы возрастет и станет практически равной надежности отдельного элемента.
Если вернуться к муравьиной семье, то нужно сказать, что надежность функционирования каждого сегмента супермозга значительно ниже приведенных величин, хотя бы из-за малого срока жизни и большой вероятности гибели носителей этих сегментов – отдельных муравьев. Поэтому многократное дублирование сегментов супермозга является обязательным условием его нормального функционирования. Но кроме дублирования есть и другие способы повышения суммарной надежности системы.
Дело в том, что система в целом не одинаково реагирует на сбои в разных ее элементах. Есть сбои, которые фатально сказываются на работе системы: например, когда неправильно срабатывает программа, обеспечивающая нужный порядок обработки информации, или когда из-за сбоя теряются уникальные данные. Но если сбой происходит в сегменте, результаты работы которого можно каким-либо способом исправить, то эта неполадка приводит только к некоторой задержке в получении результата. Кстати сказать, в реальных условиях большинство результатов, получаемых супермозгом, относится именно к этой группе и лишь в редких случаях сбои приводят к тяжелым последствиям. Поэтому надежность системы можно увеличить еще и повышением, так сказать, “физической надежности” сегментов, в которых располагаются особо важные и невосстанавливаемые программы и данные.
Исходя из сказанного, можно предположить, что именно “ленивые” муравьи являются носителями специализированных, особо важных сегментов распределенного мозга. Эти сегменты могут иметь различное назначение, например выполнять функции поддержания целостности мозга при гибели отдельных муравьев, собирать и обрабатывать информацию с сегментов нижнего уровня, обеспечивать правильную последовательность выполнения задач супермозга и т. п. Освобождение от трудовой деятельности обеспечивает “ленивым” муравьям повышенную безопасность и надежность существования.
Такое предположение о роли “ленивых” муравьев подтверждается экспериментом, проведенным в Стэнфордской лаборатории известного физика, лауреата Нобелевской премии И. Пригожина, который занимался проблемами самоорганизации и коллективной деятельности. В этом эксперименте муравьиную семью разделили на две части: в одну вошли только “ленивые” муравьи, а в другую – “работники”. Через некоторое время выяснилось, что “трудовой профиль” каждой новой семьи повторяет “трудовой профиль” исходной семьи. Оказалось, что в семье “ленивых” муравьев только каждый пятый остался “ленивым”, а остальные активно включились в трудовую деятельность. В семье же “работников” та же пятая часть стала “ленивыми”, а остальные остались “работниками”.
Результаты этого изящного эксперимента легко объяснить с точки зрения гипотезы распределенного мозга. По-видимому, в каждой семье часть ее членов делегируется для хранения особо важных сегментов распределенного мозга. Вероятно, по структуре и строению нервной системы “ленивые” муравьи не отличаются от “работников” – просто в какой-то момент в них загружаются нужные сегменты. Именно это и произошло с новыми семьями в описанном выше эксперименте: центральный мозг выполнил нечто похожее на загрузку нового программного обеспечения, и этим было закончено оформление муравьиных семей.
Уже сегодня можно строить достаточно правдоподобные гипотезы о структуре распределенного мозга, топологии сети, объединяющей его сегменты, и о базовых принципах резервирования внутри нее. Но главное не в этом. Главное в том, что концепция распределенного мозга позволяет непротиворечиво объяснить основную загадку муравейника: где и как хранится и используется управляющая информация, определяющая сверхсложную жизнь муравьиной семьи.
Доктор технических наук В. ЛУГОВСКОЙ., журнал “Наука и жизнь” №3, 2007 год