Подавляющее большинство населения муравейника составляют рабочие особи, которые выполняют разнообразные функции, связанные с обеспечением нормальной жизнедеятельности семьи. Рабочие муравьи строят и охраняют гнездо, в котором обитает семья, добывают и доставляют в муравейник пищу, чистят и кормят самок и молодь, охраняют кормовой участок и т. д. Численность рабочих муравьев в семьях различных видов колеблется от нескольких десятков у наиболее примитивных до сотен тысяч и миллионов у видов, достигших вершин общественной организации.
ПРОФЕССИИ МУРАВЬЕВ
Семья - это объединение, в котором каждая особь выполняет лишь часть функций, связанных с сохранением и воспроизводством. По мере роста муравьиной общины и укрепления ее целостности разделение функций становится все более глубоким: число профессий рабочих муравьев возрастает, а специализация каждой особи сужается (для обозначения различий в выполняемых муравьями функциях специалисты, изучающие муравьев, - мирмекологи используют термин полиэтизм*).
У некоторых видов специализация проявилась в морфологическом различии особей; например, каста рабочих муравьев разделилась на солдат и рабочих. Однако у большинства муравьев разделение функций не связано с морфологическими различиями. Основами для специализации рабочих муравьев стали их физиологическое состояние и психические наклонности. Рабочие муравьи из одного гнезда, очень похожие друг на друга внешне, сильно отличаются друг от друга по возрасту и физиологическому состоянию; они в разной степени инициативны и любознательны. Одни из них смелы и агрессивны, другие отличаются робостью. Один муравей находчив, но нетерпелив, другой - может, как автомат, многократно повторять однообразные действия. Соответственно распределяются и профессии среди муравьев.
Это явилось предпосылкой для выделения в пределах касты рабочих муравьев так называемых полиэтических групп*, т. е. групп особей, занятых выполнением определенного круга обязанностей. Многочисленными опытами исследователей из разных стран установлено, что более инициативные, с быстрой реакцией муравьи выполняют работы, связанные с решением разнообразных задач в нестандартных ситуациях. Они становятся разведчиками или охотниками. Эти же муравьи гораздо хуже справляются с однообразными, не требующими активного начала обязанностями. Зато особи, имеющие замедленную реакцию и минимум любознательности, склонны к выполнению именно таких функций, например сбор пади (сладких выделений) тлей. Сборщик пади изо дня в день неторопливо ходит по одной и той же дороге к одному и тому же дереву, где на ветке имеется колония тлей. Муравей всасывает сладкие капельки и, наполнив зобик, так же неторопливо возвращается по давно известной дороге в гнездо.
В семьях всех общественных насекомых происходит смена работ, выполняемых особью в течение жизни. В большинстве случаев такая смена сводится к обязательным переходам насекомого от одной профессии к другой по мере его старения, что получило название возрастного полиэтизма. Молодые особи находятся внутри гнезда и ухаживают за самками и молодью, потом роют ходы или строят ячейки, а спустя какое-то время становятся фуражирами и добывают для семьи пищу.
У муравьев возраст тоже влияет на выполняемые рабочим обязанности, но связь эта не такая четкая. Уже через несколько дней после выхода из кокона перед рабочим муравьем появляется возможность выбора профессии. Одни муравьи ухаживают за молодью, а другие - участвуют в строительстве гнезда, становятся фуражирами, третьи - чистят помещения и т. д. Занятия муравья в этом случае не связаны с возрастом. Значительная часть особей может почти всю жизнь оставаться при исполнении одних и тех же обязанностей, например в роли нянек или свиты самки. Другие очень быстро, в течение нескольких дней, проходят как бы ознакомительный курс внутри гнезда и становятся фуражирами. Закрепление особи в одной функции получило название кастового, или постоянного, полиэтизма.
Естественно, не только наклонности индивидов определяют их обязанности в муравейнике. Муравей не может жить в одиночку. Каждый муравей - часть большой общины, в которой от нескольких сот до нескольких миллионов особей. Чтобы муравьиная семья могла успешно существовать, каждая профессиональная, или функциональная группа особей* в ее составе должна быть достаточно представительной и хорошо выполнять свои. функции. Обычно большинство особей занимается делом, в значительной мере соответствующим их индивидуальным данным. Но бывают ситуации, когда муравейник несет огромные потери и может пострадать в основном какая-нибудь одна из функциональных групп. Например, при химических обработках лесных насаждений могут погибнуть все муравьи-фуражиры, бывшие в то время на поверхности, а рабочие внутри гнезда фактически не пострадают. И тогда уцелевшим приходится менять профессии. Подобную ситуацию моделировала в садках польский мирмеколог Я.Добжанская. Экспериментальные семьи набирались из рабочих какой-либо одной функциональной группы, им придавали самку и личинок. Муравьи были вынуждены перестраиваться и выполнять все работы, необходимые для нормального существования семьи. При этом было заметно, что муравьи, набранные из одной функциональной группы, не одинаково успешно справляются с другими обязанностями. Так, муравей-охотник неуклюже и весьма неуверенно выполняет функции няньки. Тем не менее в большинстве случаев семья, составленная из рабочих особей одной функциональной группы, выживала. Понятно, что подобные ситуации бывают в жизни муравьев исключительно редко и, как правило, способности муравья соответствуют функциям, которые он выполняет.
Задачи, стоящие перед муравьями одной общины, существенно отличаются. Их можно рассмотреть на примере внегнездовых муравьев-фуражиров, обеспечивающих семью пищей. У аралокаспийского муравья-жнеца, собирающего семена пустынных растений существуют два типа фуражиров - активные и пассивные*. Фуражиры первого типа действуют на кормовом участке по-одиночке, выполняя задачи разведчиков. Их немного, не более 3% от общего числа фуражиров. Каждый разведчик имеет индивидуальный поисковый участок, который он знает и который регулярно обследует. Обнаружив на участке созревшие семена, разведчик в тот же день или на следующий производит мобилизацию* на сбор этих семян тысячи муравьев, которые по собственной инициативе на фуражировку не выходят. Мобилизованные муравьи относятся ко второй группе фуражиров, не имеющей у большинства видов определенной специализации и привязанности к какому-либо участку на территории, используемой муравейником. Они выполняют разнообразную работу в гнезде (чистка гнезда, рытье ходов и т. д.) и на поверхности делают то, на что их мобилизуют особи первой группы (сбор семян и вынос из муравейника шелухи).
Муравьи второй группы добычу на территории не ищут, а будучи приведенными к ней, не могут мобилизовать других рабочих. Они представляют собой в какой-то мере постоянный мобильный резерв «широких специалистов», пригодных к выполнению нескольких функций, но не владеющих инициативой и играющих роль пассивных исполнителей. Поэтому вторую группу фуражиров мы назвали пассивными фуражирами. Соответственно фуражиры первой группы, ведущие самостоятельный поиск, активизирующие и мобилизующие других муравьев для решения конкретных задач, будут активными фуражирами. Распространяя эти понятия на внутригнездовых рабочих, мы можем говорить об активных и пассивных особях. Поскольку такое деление основано на индивидуальных свойствах муравьев, данные группы являются полиэтическими, что отражает тип деятельности, а не конкретную функцию особо. В пределах одной полиэтической группы может быть несколько функциональных групп особей, выполняющих задачи, разные по конкретному содержанию, но сходные по типу поведения исполнителей.
Муравей ползёт по лесу.
Нелегко тяжеловесу -
Он несёт тростинку в дом,
Залатать все дыры в нём.
Обитающие на нашей планете живые существа подразделяются на две большие группы или два мира: растительный мир и животный. В свою очередь, принадлежащие к каждой из этих двух миров живые существа подразделяются на множество более мелких отрядов, классов. Так, животный мир подразделяется на следующие классы: млекопитающие, птицы, рыбы, пресмыкающиеся, насекомые. Вероятно, видов насекомых несколько миллионов, хотя описано пока примерно 900000. Среди такого многочисленного класса «насекомые» встречаются существа полезные и вредные. Но как понимать «полезные» и «вредные» насекомые? Ведь с экологической точки зрения ничто в мире живых существ не может быть лишним, и потому не может быть ни полезным, ни вредным. Уничтожение же какого-нибудь вида может привести к дисбалансу экосистемы. Так вот, говоря о таких понятиях, как «вредные» и «полезные» насекомые, мы подразумеваем приносимые ими пользу человеку. При этом полезных мы стараемся охранять.
С давних времен жизнь трудолюбивых муравьев была для людей предметом постоянных наблюдений и живейшего интереса. В древних сказаниях, поэтических произведениях и даже в Библии уделялось внимание этим насекомым. Однако, несмотря на это, мы еще многого о них не знаем, а некоторые тайны их жизни приоткрылись ученым совсем недавно.
Семейство Муравьи (Formicidae) это самое многочисленное по количеству особей семейство насекомых. Да и по количеству видов немногие семейства могут поспорить с ним. Сейчас насчитывается примерно 8000 тонкому стебельку из одного или двух члеников, соединяющему грудь и брюшко. У остальных представителей отряда брюшко непосредственно прикрепляется к груди.
Самый обычный и часто встречающийся в России - рыжий лесной муравей (Formica rufa). Но, как оказалось, польза этого вида чрезвычайно велика.
Данная работа посвящена исследованию роли этого вида муравьев в жизни леса и человечества.
Актуальность темы исследовательского проекта
Рыжие муравьи оказывают существенное влияние на лесную экосистему. Всем известно, что лес-это «легкие» Земли, которые дарят нам свежий воздух. С исчезновением муравьев, санитаров леса, может возникнуть экологическая катастрофа - опасность разрушения лесной зоны, как основного источника сохранения всего живого на Земле.
Цель исследовательского проекта
Привлечение внимание учащихся и местного населения к лесным муравьям, повышение знаний о полезных свойствах рыжих лесных муравьев.
Задачи исследовательского проекта
Теоретические
Собрать и изучить информацию по данной теме.
Найти способы привлечения внимания к проблеме исчезновения лесов.
Практические
Провести опрос и выяснить, что учащиеся знают о муравьях и их пользе для леса и человека.
Изготовить и установить таблички "об охране лесных муравьев".
Изготовить макет муравейника в разрезе для наглядного представления школьникам внутреннего строения муравейника.
Создать сайт в сети Интернет по адресу муравьишка.рф с более подробной информацией о муравьях и проекте.
Этапы проекта
Сбор информации
Анкетирование школьников
Обработка материала
Выбор дизайна, оформление проекта и презентации
Изготовление и установка информационно-охранных табличек
Изготовление макета муравейника в разрезе
Создание сайта муравьишка.рф
Защита проекта
Практическая значимость
исследовательского проекта
Практическая значимость проекта заключается в предприятии попытки по сохранению численности этих насекомых. Кроме того, материалы проекта могут быть использованы на уроках окружающего мира и во время внеклассной работы, тем самым расширяя круг людей, прилагающих усилия для сохранения окружающей нас среды.
Продуктами проекта являются анкетирование учащихся, макет муравейника, установленные охранные информационные таблички, размещение информации об исследовании в сети Интернет на сайте муравьишка.рф
Общие сведения о муравьях
В лесу мурашки - муравьи
Живут своим трудом
У них обычаи свои
И муравейник-дом.
Миролюбивые жильцы
Без дела не сидят:
С утра на пост бегут бойцы,
А няньки - в детский сад.
Рабочий муравей спешит
Тропинкой трудовой,
С утра до вечера шуршит
В траве и под листвой.
В тайге, сосновых борах, в густых лиственных и смешанных лесах бурые муравьиные кучи, округлые или островерхие купола муравейников еще более обычны, чем дятлы, тетерева, дрозды, серая ящерица, заяц или бурундук. Муравьиные кучи — это небезразличная к лесу деталь пейзажа.
Еще в 1836 году видный русский лесовод Петр Перелыгин в книге «Лесоохранение или правила сбережения растущих лесов» писал о муравьях, что «они суть первые неприятели личинок насекомых… Они неустанно преследуют всякого рода личинок на дереве, у корня коего находится муравьиная куча». Муравьи, разъяснял далее лесовод, «даже препятствуют вылуплению личинок из яиц. Оттого посреди поврежденного какого-либо места леса подобные, близко к муравейнику расположенные, деревья остаются свежими и зелеными». Это муравьи из группы формика, то есть рыжие лесные муравьи.
А сколько между тем муравейников разоряется людьми сплошь и рядом без всякого смысла, без цели и нужды, просто для того, чтобы поглазеть на суматоху, охватывающую развороченное гнездо. Восстановление разрушенного муравейника отнимает у муравьиной семьи много сил и затрат, и при сильных разрушениях они могут не справиться с этим, и семья в итоге погибнет.
Строение муравья
Строение муравья, как и любого живого организма, сложное. Каждая часть тела или орган выполняют свою функцию.
Тело муравья состоит из трех основных частей - брюшко, грудь, голова.
Стадии развития муравьев
Муравей - насекомое с полным превращением (голометаболия). То есть в своем развитии он проходит следующие стадии:
Первая стадия развития муравья - яйцо.
Вторая стадия развития муравья - куколка.
Третья стадия развития муравья - личинка.
Четвертая стадия развития муравья - имаго.
Строение муравейника
Из чего же строят рыжие лесные муравьи свой дом?
Строительного материала в лесу достаточно. У рыжих лесных муравьев муравейник построен из кусочков коры, веточек, хвоинок, почвы. Они как дворники, стаскивают все в одну кучу, отчего и в лесу становится чище, и дом растет на глазах. Такая крыша надежно защищает насекомых от дождя, снега, ветра и жары.
Несмотря на внешнюю симметричность муравьиной кучи, она внутри таковой не является: это сложнейшая сеть лабиринтов и камер. Некоторые из них уходят на глубину 3-4 метра! Поэтому даже небольшое нарушение целостности надземной части муравейника (например, если поворошить муравейник палкой) полностью разрушает структуру муравьиного жилища, и на ее восстановление требуется немало времени.
Над землей мы видим только большую кучу, но как выглядит муравейник внутри?
Дом муравьев пронизан множеством ходов и камер, причем большая его часть находится под землей.
Покрыт муравейник слоем из иголок и веточек, он защищает жилище от превратностей погоды.
В самой верхней части муравейника находится “Солярий” - камера, нагреваемая лучами солнца. Весной обитатели забегают сюда погреться.
В муравейнике несколько входов. Они охраняются солдатами и служат вентиляционными каналами.
Есть в муравейнике и “Кладбище”. Сюда рабочие муравьи относят умерших собратьев и мусор.
Когда наступает зима, муравьи под землей сбиваются в плотный, неподвижный клубок в «Зимовальной камере». Температура в зимовальной камере не опускается ниже +5. А весной, лишь только солнце прогреет купол муравейника, на его поверхности появляются первые разведчики. Вслед за ними оживает и вся семья.
Муравьи очень хозяйственные. У них есть “Хлебный амбар” здесь муравьи хранят зерна; «Мясная кладовка», куда фуражиры приносят гусениц и другую добычу; “Коровник”, где муравьи содержат тлей.
И самое защищенное место в муравейнике, находящееся, как правило, под землей - «Царская камера», где живет матка, откладывающая до полутора тысяч яиц в день и камеры с яйцами, личинками и куколками.
В таком сооружении, возведенном на старом пне, могут жить до полутора миллионов муравьев.
Запутанная система ходов и камер позволяет насекомым регулировать температуру и влажность внутри муравейника. Закрывая или открывая вентиляционные отверстия, они создают необходимый микроклимат внутри всего сооружения.
Муравьи постоянно перемещают хвоинки и веточки на крыше муравейника, подсушивая их, потому плесени на муравейнике не бывает. Свой дом муравьи содержат в чистоте, все лишнее выносят и выкидывают на свалку в определенное место.
Профессии муравьев
В муравейнике можно встретить и крылатые и бескрылые особи. Крылья имеются у самцов и самок только в период вылета из гнезда во время размножения. У рабочих муравьев крыльев не бывает, они не способны к размножению и заняты различными работами. У каждого рабочего муравья есть своя "профессия". Обычно самые молодые становятся няньками, то есть ухаживают за расплодом. Немного повзрослев, они становятся строителями, а затем фуражирами (добытчиками пропитания). Самые старые муравьи, которые не способны к добыванию пищи, становятся хранителями продовольственных запасов, сторожами или наблюдателями. Они не бегают на охоту, не носят хвоинок и веточек. Находясь на куче муравейника, они оттуда следят за тем, что происходит вокруг. Наиболее крупные особи защищают муравейник от всевозможных атак извне, их называют солдатами. Также обязательно в муравьиной семье есть «хранители» нектара. Они нужны на тот непредвиденный случай, если в муравейнике случится голод и рабочие муравьи больше не смогут добывать корм. Еще в муравейнике есть свои больницы, где работают врачи, например, хирурги. И в случае, если кто-то их жителей повредил себе конечность, то есть руку или ногу, то хирурги ампутируют ее (отгрызают).
Интересные факты о муравьях
Муравьи - самые многочисленные насекомые на Земле.
У муравьев есть свой язык, который пока ученым не удалось расшифровать. Однако они прекрасно понимают сигналы, и мгновенно включаются в совместную работу, когда это касается переправы через природные преграды или массового сбора в муравейнике для укрепления жилища или спасения потомства во время стихии или перед ней.
Муравьи имеют своих «домашних животных». В качестве них выступает тля. Ее пасут муравьи-пастухи, тля выделяет нектар, который муравьи употребляют в пищу, а когда приходит время, тлю поедают. То есть все происходит так же, как у человека, который содержит коров или коз.
Муравьи тяжеловесы и трудяги: они поднимают груз, приблизительно в сто раз тяжелее собственного веса, постоянно занимаются общественно-полезной работой: заготавливают корм, ухаживают за потомством.
Во время сильных дождей и наводнений, чтобы спасти своих маток и яйца муравьи из собственных тел строят мосты и плоты. И это не означает обязательную гибель “строительного материала” - муравей способен провести под водой четверо суток без ущерба для здоровья.
Муравьи потребляют огромное количество пищи, они прожорливы и всеядны. За сто дней лета муравейник может уничтожить до 2 млн. вредителей.
Также ученые предполагают что муравьи могут уметь считать и регулировать рождаемость, так чтобы в семье было достаточно муравьев каждой профессии. Однако эти предположения пока не доказаны, но заставляют нас задуматься о том, как мало мы знаем об окружающем мире.
Польза муравьев для здоровья человека
Существенное значение имеют муравьи и в медицине. “Яд” рыжих лесных муравьев - муравьиная кислота, с успехом применяется при различных болезнях суставов, как противовоспалительное и болеутоляющее средство. В яде муравьев содержатся антибиотики, эффективно убивающие грибы и бактерии, в том числе стрептококки и стафилококки-возбудители тифа, холеры, туберкулеза.
Некоторые люди, также как и животные, используют муравьиные укусы в «народных» методах лечения.
Способы защиты муравейников
Рыжие лесные муравьи включены в “Красный список угрожаемых видов” международной Красной книги Всемирного союза охраны природы, как близкий к переходу в группу угрожаемых. Также включены в некоторые региональные Красные книги и списки редких животных, например в Красную книгу Москвы, Красную книгу Воронежской области. В Челябинской области рыжие лесные муравьи не только занесены в Красную книгу. В Брединском районе создан единственный на Урале мирмекологический заказник “Белый колок” для охраны крупной колонии рыжих лесных муравьев, служащий резерватом материала для расселения муравьев в лесах области.
Необходимо беречь муравьев и в первую очередь, их жилища - муравейники. Там, где в лесу бывает много посетителей, работники лесного хозяйства специально огораживают муравейники.
Человек и без направленного вредительства невольно причиняет природе вред. Это происходит из-за хозяйственной деятельности, в ходе которой вырубаются леса и гибнут их обитатели.
Ежегодно, количество муравьиных гнезд в Подмосковье сокращается.
На 1 га леса должен быть минимум один муравейник. Если его нет, этот участок леса погибнет от вредителей, не будет птиц, засохнут деревья.
Поэтому давайте бережно относиться к оставшимся очагам нетронутой природы, ведь от этого напрямую зависит и наша с вами жизнь.
Что мы можем сделать для сохранения муравьиных гнезд:
- Не поджигать старую траву.
- Не разорять муравейники.
- Не загрязнять лес мусором.
- Не разжигать костер вблизи муравейника.
- Огораживать и оберегать муравейники.
- Совместно со взрослыми проводить работы по расселению муравьев.
- Объяснять полезность муравьев.Тогда все вместе мы сохраним русский лес!
На первый взгляд муравейник кажется беспорядочным нагромождением веток, хвойных иголок, травы и земли. Однако на самом деле внутри этой неприглядной кучи живет своей жизнью настоящий город. Здесь каждый знает свое место, все подчинено строгому распорядку. Эти крохотные насекомые, не имеющие высокоразвитого интеллекта, но создающие муравейник муравьи тем не менее быстро захватывают любые пригодные территории и образовывают многочисленные колонии. Давайте разберемся как устроен муравейник?
Структура статьи
Как устроен муравейник внутри, какая у него структура?
Схема строения муравейника в разрезе с обозначением функциональных камер. Структура муравьиной колонии.
Чаще всего встречаются муравейники куполообразной формы, но иногда мураши предпочитают селиться в гнилых древесных стволах, больших старых пнях. В регионах с экстремально жарким климатом (например, пустынях) насекомые строят свои жилища исключительно под землей.
Изнутри муравейник выглядит по-разному, но структура выделения и организации специализированных камер свойственно любому гнездовью мурашей.
Внутренние камеры можно разделить на следующие категории:
- «солярий » — небольшая камера под самым куполом муравейника, насекомые греются в ней в теплое время года;
- «зимовальная камера » — располагается ниже уровня почвы, в ней муравьи переживают холода, погрузившись в анабиоз;
- «царская камера» или «комната королевы » — здесь находится матка, занимающаяся откладыванием яиц;
- «хлебный амбар» или «зернохранилище » — предназначено для хранения семян трав и деревьев;
- «детский сад» или «ясли » — камеры, в которых созревают яйца и появляются на свет личинки муравьев;
- «мясная кладовка» или «холодильник » — в них хранятся трупы насекомых, червей и гусениц.
- «коровник» — где муравьи содержат и выращивают тлей.
- «кладбище » — это место, где находятся отходы и умершие особи. Оно значительно удалено от муравейника, так как муравьи понимают, что трупы и отходы — это источник болезней и заразы;
Каждая половозрелая особь насекомого имеет четкое представление о расположении камер. Увеличение муравейника ведет к расширению имеющихся камер и постройке новых помещений.
Глубина муравейника под землей может достигать до 2-х метров и имеет организованное сложное строение. А надземная часть может быть высотой от 30 см до 2 м. Все это выглядит как огромный город.
Глубина и строение обычного муравейника потрясают. Внутренности этого удивительного сооружения состоят из крупных фрагментов веток. Между ними расположено множество галерей, ведущих в отдельные камеры, что представляет собой довольно сложное устройство.
Высота сооружения варьируется от 30 см до 2 м, подземная часть чаще всего превышает наземную площадь. Внешнее покрытие состоит из мелких веточек, хвои, песчинок и надежно защищает муравьев от сырости, ветра и холода. Строение подземного муравейника садового муравья схоже с лесным, однако на поверхности представляет из себя лишь небольшой песчаный холмик.
Вот посмотрите несколько фото как выглядит крупный лесной муравейник:
Подземная часть, как правило, сопоставима, а чаще превышает по размеру надземную. В местах, где для муравьев имеются большие запасы ресурсов (вода, злаковые, насекомые других видов), жилища могут достигать гигантских размеров. В некоторых случаях популяция колонии может превышать, вообразите, 1,5 млн. особей.
Интересно устроен муравейник: до трети рабочих муравьев непрерывно перемещают хвою и ветки! Для чего они это делают?
Устроен муравейник таким образом, чтобы внутри постоянно поддерживается плюсовая температура (26-29 градусов Цельсия), что очень важно для мурашей. С этой целью хвоя и ветки с нижнего слоя покрытия переносится на поверхность, проветривается и высушивается. Этот процесс непрерывен, в нем участвует примерно треть рабочих муравьев. Благодаря их усилиям создаются благоприятные условия для развития личинок и сохранения пищевых запасов.
Как устроена муравьиная колония?
Часто общественную иерархию внутри муравьиной колонии сравнивают с устройством пчелиного улья. Эти два вида во многом похожи, но все же поведение муравьев во значительно сложнее. Так же как и в человеческом обществе, у этих насекомых существует строгое деление на классы. Муравейник устроен так, что каждая половозрелая особь имеет собственное предназначение.
В зависимости от набора определенных качеств каждое насекомое получает назначение на тот или иной социальный пост. При этом учитываются личные качества особи — чрезмерная агрессивность, острый нюх, скорость реакции. В иерархии любого муравейника присутствуют следующие категории особей:
- захватчики — самая агрессивная группа в муравейнике, осуществляет нападения на соседние колонии, захват территорий;
- санитары — изолируют больных и раненых муравьев, при необходимости играют роль хирургов — поврежденную конечность часто ампутируют (отгрызают);
- строители — одна из самых больших социальных групп. Занимаются ремонтом помещений, внешнего покрытия жилища. На протяжении всей жизни роют новые тоннели, переносят хвою и веточки, поддерживают микроклимат внутри муравейника;
- няни — заботятся о потомстве, начиная от появления яйца до взросления особи. Постоянно находятся рядом с личинками, переворачивают, контролируют процесс вылупления из яиц и кормят подрастающее потомство;
- охранники — занимаются охраной входов и выходов муравейника, в случае нападения атакуют врага и не дают ему пробраться внутрь жилища. Среди этой категории бывает больше всего потерь, нападения на соседей — обычное дело для соседствующих колоний. Кроме того, муравьями любят полакомиться птицы и некоторые животные, а охранники никогда не покидают своих постов, до последнего защищая вход.
- добытчики-фуражиры . Самая многочисленная группа в колонии. Их миссия — добыча пищи для всего муравейника. Ежедневно добытчики уходят на поиски пищи — семена трав, умершие и ослабленные насекомые, фрукты и ягоды. Если один муравей находит крупное насекомое (гусеницу, жука), то он при помощи особых сигналов связывается с соплеменниками, «рассказывая» о добыче. Общими усилиями насекомые могут дотащить даже мертвого грызуна. Часто происходят нападения на ослабленных или раненых пчел, червей, мышей. От многочисленных укусов жертва гибнет и становится кормом для колонии;
- пастухи . Еще одна удивительная особенность этих насекомых — у них есть своеобразные домашние животные. Травяная тля питается растениями, а выделяющуюся в процессе жидкость — медвяную падь — собирают муравьи. Эта жидкость является продуктом жизнедеятельности тли, имеет сладковатый вкус и служит своеобразным лакомством для насекомых. Содержащиеся в медвяной пади углеводы обеспечивают муравьев энергией. Поэтому тлю собирают в своеобразные «стада» и всячески охраняют (например, от кражи муравьями из соседних колоний). Чтобы увеличить количество пади, пастухи щекочут брюшко своих коров, стимулируя выработку ценного вещества;
- перевозчики — работают вместе с пастухами, их главная задача — переноска медвяной пади в специальные камеры. В случае необходимости вступают в бой с захватчиками;
- кладовщики — отвечают за сохранение запасов внутри камер. Следят за поддержанием температурного режима и сохранностью запасов. Именно от них зависит жизнь колонии в зимние месяцы, поскольку грамотное сохранение пищевых ресурсов обеспечивает процветание муравейника;
В зависимости от места обитания появляются и особые «профессии». Например, муравьи-листорезы, живущие в лесах, собирают листья определенных деревьев и растений. После их переносят к муравейнику, скручивают особым образом и используют для выращивания грибов, являющихся одним из главных продуктов в их рационе.
Интересный факт: у некоторых видов профессия предрешена генетически, что отражается на строении тела муравья. А у других видов профессия приобретается особями постепенно и они способны заменять функции друг друга при необходимости.
Жизнь муравьев в муравейнике
Каждая муравьиная колония, независимо от вида, имеет одну или несколько маток-королев. Это крупная половозрелая особь, характерным отличием являются большие прозрачные крылья. Они необходимы для поиска самцов, сразу же после удачного оплодотворения надобность в них исчезает и они отпадают.
Оплодотворенная королева откладывает яйца в самой нижней и обширной камере муравейника, находящейся глубоко под землей. А размер муравейника под землей может достигать до двух метров! Это необходимо для защиты потомства от хищников, перепадов температуры и других опасных факторов.
Образ жизни королевы для каждого вида различен. Так, дикие лесные муравьи имеют в составе колонии несколько сотен молодых неоплодотворенных самок. После спаривания самки откладывают кладки по всему лесу, рядом с ними образовываются новые колонии.
Муравьи колонии, находящейся по соседству с человеком, всегда имеют в составе несколько десятков трутней-самцов. Подавляющая часть населения состоит из недоразвитых самок. В небольшой колонии имеется всего одна королева-матка, осуществляющая продолжение рода.
Если условия в доме или квартире оказываются благоприятными (тепло, сырость, антисанитария), то численность муравьев быстро увеличивается. В этом случае появляется несколько новых маток, способных к размножению, что усиливает возможности развития колонии. Эти самки не образовывают новые колонии, а остаются в составе существующей. Разумеется, с увеличением количества королев распространение муравьев по дому ускоряется.
Взаимоотношения и коммуникация муравьев
Среди этих небольших насекомых существует и своеобразная борьба за власть. Например, в колониях рыжих муравьев наблюдались случаи захвата поселений другого вида. Матка-королева находит ослабленную вследствие нападения колонию черных или лесных сородичей и занимает место погибшей матки. После она откладывает яйца, и когда из них вылупляются рыжие муравьи, они фактически порабощают колонию другого вида.
Имеет место и обратная ситуация. Во время нападения одного муравейника на другой солдаты крадут яйца противников и уносят их к себе. После вылупившиеся насекомые становятся слугами и всю свою жизнь трудятся на благо чужой колонии. На этом принципе построена жизнь многих разновидностей тропических муравьев: например, муравьи-амазонки занимаются исключительно нападениями на соседей и захватом личинок, весь тяжелый труд внутри их жилища и обеспечение жизнедеятельности происходят только за счет рабов.
В природе можно наблюдать и обратную ситуацию, когда рабочие особи соседних муравейников налаживают контакт и обмениваются пищей. Это своеобразное сообщение соседям о мире и предложение к объединению в одну колонию.
Вот как интересно устроен муравейник — это удивительное сооружение со сложной организацией, напоминающее большой город. Сколько времени и труда стоит этим крохотным насекомым, что бы отстроить муравьиную колонию, надземная часть которой каждый момент находится под угрозой со стороны хищников или природных явлений.
Муравейник — не лучшее соседство
Конечно же, лесные муравьи приносят неоценимую пользу — уничтожение падали, поддержание популяции птиц и мелких животных. Разорять жилье лесных санитаров категорически нельзя, но терпеть соседство в собственном доме или квартире недопустимо. Именно поэтому при первых признаках появления этих насекомых в доме или вблизи него нужно принимать меры — избавление от хлама, применение народных методов борьбы. Если момент упущен и колония достигла внушительных размеров, оптимальным решением будет обращение к специалистам.
Жизнь в муравейнике — видео
Муравейник только с виду кажется кучей веточек и хвоинок, но внутри находится целый «муравьиный город».
Внутри подземная галерея ведет к камерам, которые соединены между собой. Глубина гнезд различна от 30 см до 2-х м, а у пустынных муравьев достигает более 10-ти м. Иногда муравьи селятся и в гнилой древесине: пнях, колодах.
Купол гнезда состоит из хвои веточек – у него защитная функция, он защищает от дождя, ветра, снега. Внутри купол состоит из крупных веток, там поддерживается постоянная t 26-29 о С. А зимуют муравьи в подземной части.
В пустынях, где земля прогревается до 60 о С, муравьи никогда не строят наземные гнезда, только под землей, где температура значительно ниже.
Каждый взрослый житель муравейника имеет свою «профессию», у каждого муравья есть своя работа. Также, как и у людей, у муравьев высокоорганизованная структура их города-муравейника. Например, в муравейнике есть свой детский сад, в котором работают воспитатели и регулярно выводят маленьких детей на свежий воздух.
Еще в муравейнике есть свои больницы, где работают врачи, например, хирурги. И в случае, если кто-то их жителей повредил себе конечность, то есть руку или ногу, то хирурги ампутируют ее (отгрызают).
Есть муравьи, которые строят, чистят и защищают муравейник – это рабочие муравьи.
Также обязательно в муравьиной семье есть «хранители» нектара. Они нужны на тот непредвиденный случай, если в муравейнике случится голод и рабочие муравьи больше не смогу добывать корм.
Расположение «комнат» муравейника
1. Покрытие из иголок и веточек. Защищает жилище от превратностей погоды, ремонтируется и обновляется рабочими муравьями.
2. «Солярий» - камера, нагреваемая лучами солнца. Весной обитатели забегают сюда погреться.
3. Один из входов. Охраняется солдатами. Служит вентиляционным каналом.
4. «Кладбище». Сюда рабочие муравьи относят умерших собратьев и мусор.
5. Зимовальная камера. Насекомые собираются здесь, чтобы пережить холода в состоянии полуспячки.
6. «Хлебный амбар». Здесь муравьи хранят зерна.
7. Царская камера, где живет матка, откладывающая до полутора тысяч яиц в день. За ней ухаживают рабочие муравьи.
8. Камеры с яйцами, личинками и куколками.
9. «Коровник», где муравьи содержат тлей.
10. «Мясная кладовка», куда фуражиры приносят гусениц и другую добычу.
Царица муравьев
Царицей муравьев является матка – половозрелая самка. Крылья ей нужны, собственно, лишь для того, чтобы найти самца. Летают самцы и самки муравьев довольно плохо. Муравьи не способны взлететь прямо с земли. Они поднимаются постепенно, сначала взлетая на травинки, затем на ветки кустарников, потом деревьев и уж потом, с достаточной высоты, начинают полет. Впрочем, некоторые трутни способны взлетать и прямо с земли.
После оплодотворения самка сбрасывает крылья – они ей больше не нужны. Матка способна основать новый муравейник. Для этого она вырывает небольшой подземный коридор, где впоследствии откладывает яйца. Иногда колонию организуют сразу несколько самок. После этого в жизни матки наступает сложный период. Пока ее дочери не повзрослеют, ей приходится голодать, подкармливая при этом личинок. Зато когда появятся первые рабочие, она станет жить, как настоящая царица: дочери обеспечат ей сытое существование. Кстати, интересно, что самцы выводятся из неоплодотворенных яиц.
Как живут муравьи?
Есть среди муравьев и такое явление, как узурпация власти. Так, к примеру, матка рыжих муравьев не может сама построить муравейник. Поэтому она находит «осиротевшую» семью муравьев другого вида и заменяет погибшую матку. Естественно, из яиц, отложенных ею, выведутся рыжие муравьи, и старая колония будет фактически порабощена.
Муравьиное общество
Устройство «общественной жизни» муравейника еще сложнее, чем устройство жизни улья. Муравьи во многом напоминают людей. Так, например, у некоторых видов распространено рабство. Муравьи нападают на чужой муравейник и крадут куколок. Выросшие затем в чужом муравейнике, пленники трудятся на его благо. Казалось бы, какое рабство, когда несчастные рабочие и так всю жизнь только и делают, что самоотверженно трудятся на благо царицы и самцов. Но обычно муравьи трудятся на процветание собственного вида и собственной колонии. Кстати, огромные муравьи-амазонки специализируются лишь на «военных действиях»: на благо муравейника трудятся только украденные рабы.
Есть и более изощренный путь захвата власти. Есть виды муравьев, самка которых способна буквально очаровать муравьев другого вида. Она приходит в чужую колонию, и рабочие просто отдают ей на растерзание собственную царицу, а впоследствии служат гостье.
Есть в жизни муравьев и более мирные занятия. Так, например, многие виды освоили «скотоводство». Они охраняют и разводят тлей или цикад. Некоторые виды «кочуют», постоянно переселяясь и перегоняя с собой «стада» тли. Кое-какие муравьи освоили и земледелие – они выращивают грибы.
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 зрения, используя идеи теории информации и управления, может показаться фантастической. Однако полагаем, что она имеет право на обсуждение.
В науке о муравьях — мирмекологии — собран огромный наблюдательный материал, описывающий особенности жизни муравейника. При изучении этого материала бросается в глаза явное несоответствие между высоким «интеллектуальным уровнем» функционирования муравейника в целом и микроскопическими размерами нервной системы отдельного муравья.
Муравейник как единый объект — в высшей степени рациональный и умелый «организм», который очень эффективно использует имеющиеся у него крайне ограниченные средства для поддержания жизнедеятельности. Он хорошо адаптируется не только к циклическим изменениям окружающей среды (смена времен года и времени суток), но и к ее случайным возмущениям (перемены погоды, повреждения в результате внешних воздействий и т. п.).
Муравьиная семья имеет строгую внутреннюю структуру с четко установленными ролями каждого муравья, и роли эти могут меняться с его возрастом, а могут оставаться постоянными. Организационная структура муравейника позволяет гибко реагировать на любое возмущение и выполнять все требующиеся работы, оперативно привлекая для их выполнения необходимые трудовые ресурсы.
Деятельность муравьиной семьи поражает целенаправленностью. Муравьи, например, успешно занимаются «животноводством», разводя тлей. Выделения тлей, так называемая падь, служат для муравьев источником богатой углеводами пищи. Они регулярно «доят» тлей, и муравьи-«фуражиры» носят падь в зобиках, чтобы кормить ею остальных муравьев. При этом муравьи активно заботятся о тлях: защищают от вредителей и нападений других насекомых, переносят на наиболее подходящие участки растения, строят навесы для защиты от солнца, а на зиму уносят тлей-самок в теплый муравейник. Муравьи — умелые «животноводы», поэтому в опекаемых ими колониях скорость развития и размножения тлей значительно выше, чем в «самостоятельных» колониях тлей того же вида.
У муравьев некоторых видов заметную долю кормов составляют семена различных трав. Муравьи собирают их и хранят в специальных сухих хранилищах своих гнезд. Перед едой семена очищают от кожуры и измельчают в муку. Мука смешивается со слюной насекомых-кормильцев, и это тесто скармливают личинкам. Принимаются специальные меры для того, чтобы обеспечить сохранность зерна при длительном хранении. Так, например, после дождей семена выносят из хранилища на поверхность и сушат.
Крошечные амазонские муравьи умеют строить ловушки для насекомых гораздо более крупных, чем они сами. Соотношения размеров таковы, что живо напоминают охоту первобытных людей на мамонтов. Срезая тонкие волоски-волокна травянистого растения, в котором насекомые живут, муравьи плетут из них кокон. В стенках кокона они делают множество маленьких отверстий. Кокон располагают на выходе из полости внутри растения-дома, и в него прячутся сотни рабочих муравьев. Они просовывают головы в отверстия в стенках кокона, выполняя роль маленьких живых капканов, и ждут жертву. Когда на кокон, замаскированный в полости растения, садится какое-нибудь насекомое, то муравьи хватают его за лапки, жвала и антенны и удерживают до прихода подкрепления. Вновь пришедшие муравьи начинают жалить добычу и делают это до тех пор, пока она не будет полностью парализована. Затем насекомое расчленяют и по частям уносят в гнездо. Очень интересно, что при строительстве ловушки муравьи применяют «композитные» материалы. Для повышения прочности кокона они размазывают по его поверхности особый плесневый грибок. Отдельные волоски-волокна склеиваются этим «клеем», стенки кокона становятся жесткими, и их прочность значительно возрастает.
Еще более удивительным кажется то, что делает другой амазонский муравей. В лесах Амазонки встречаются участки леса, на которых растут деревья только одного вида. В амазонских джунглях, где на каждом клочке земли растут растения десятков и даже сотен разных видов, подобные участки не только удивительны, но и пугают своей необычностью. Недаром местные племена индейцев называют такие места «садами дьявола» и считают, что там живет злой лесной дух. Биологи, исследовавшие это явление, недавно выяснили, что виновники появления «садов» — муравьи определенного вида, живущие в стволах деревьев. Длительные наблюдения показали, что муравьи просто убивают ростки других растений, впрыскивая в их листья муравьиную кислоту. Для проверки этого предположения были проведены пробные посадки других растений на площади одного из «садов дьявола»: все саженцы погибли в течение суток. Растения же, посаженные для контроля вне таких «садов», развивались нормально и хорошо прижились. Такая на первый взгляд странная деятельность муравьев имеет простое объяснение: муравьи расширяют свою «жилплощадь». Они удаляют растения-конкуренты, давая свободно разрастаться деревьям, в которых живут. По оценкам исследователей, один из самых больших «садов дьявола» существует уже более восьми веков.
Муравьи некоторых видов устраивают в своих муравейниках грибные плантации для снабжения высококалорийной белковой пищей. Так, муравьи-листорезы, которые строят огромные подземные гнезда, питаются практически одними грибами, и поэтому в каждом гнезде обязательно создается плантация грибов. Эти грибы растут только на специальном грунте — рабочие муравьи изготавливают его из измельченных зеленых листьев и собственных экскрементов. Чтобы поддерживать «плодородие почвы», муравьи постоянно обновляют грунт в грибнице. При создании нового муравейника муравьиная матка во рту переносит из старого муравейника культуру гриба и таким образом закладывает основание под пищевую базу семьи.
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 логику 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 поведения может выглядеть следующим образом. В памяти живого существа в том или ином виде должно находиться нечто подобное таблице «ситуация — инстинктивный ответ на ситуацию». В любой жизненной ситуации информация, поступающая от органов чувств, 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 — поведение 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.
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 разнообразить 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 мышлением.
Но доступно ли мышление муравью? По некоторым данным, его нервная система содержит всего около 500 тыс. нейронов. Для сравнения: в мозге человека 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 корректирующие 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 припомнить 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 гипноз. Гипнотические способности имеет не только человек: известно, что некоторые змеи используют гипноз 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.
Как изучают жизнь муравьев
Ю. Фролов
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.
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.
«Наука и жизнь» о муравьях:
Муравей крупным планом. — 1972, № 9.
Ковалев В. Муравьиные коммуникации. — 1974, № 5.
Халифман И. Операция «Муравей». — 1974, № 5.
Мариковский П. Муравьиная служба реанимации. — 1976, № 4.
Васильева Е., Халифман И. Великан у муравейника. — 1980, № 3.
Константинов И. Город муравьев. — 1982, № 1.
Васильева Е., Халифман И. Муравьи-кочевники. — 1986, № 1.
Индивидуальность есть и у муравьев. — 1998, № 12.
Александровский Г. Эволюция муравьев длится 100 миллионов лет. — 2000, № 10.
Старикова О., Фурман М. Муравьи в городе. — 2001, № 1.
Успенский К. Песчаный муравей. — 2003, № 8.
Металлический муравейник. — 2004, № 11.
Муравьи выбирают жилище. — 2006, № 7.
Бит — единица информации, позволяющая выполнить один двоичный выбор: «да-нет», «лево-право» и т. п.
Показать