Социальная иерархия муравьев. Какие порядки царят в муравейнике? Для повышения эффективности труда муравьи формируют узких специалистов Муравьиные профессии

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

Муравьи являются настолько многочисленными насекомыми на нашей планете, что их видов насчитывается несколько тысяч. Отдельно взятый муравей не кажется сложным и опасным существом, имеющим интеллект. Но это впечатление обманчиво, так как муравьи не живут поодиночке, а в группе и в системе взаимодействия этих насекомых можно поразиться их высокой организации и четкому разделению обязанностей. По сути, муравьев можно сравнить с людьми, только нам еще можно поучиться их терпимости, трудолюбию и слаженности в работе. «Пашет, как муравей» — говорим мы о трудолюбивом человеке, представляя себе маленькую букашку, которая тащит предмет в несколько раз превышающий его вес и размер.

Эти насекомые живут большими семьями, которые сохраняются на протяжении нескольких лет, по сути все муравьи в такой колонии являются родственниками с биологической точки зрения, а с социальной – это город, население которого строго поделено на касты и жестко организованно. По сути можно сказать, что под нашими ногами бурлит и развивается параллельная цивилизация.

Мы взаимодействуем с помощью речи, жестов и мимики, а муравьи общаются с помощью обмена пищей и через запахи, каждый муравей имеет свой неповторимый запах, а каждая семья – свои неповторимые оттенки запахов, благодаря которым насекомые чувствуют, что в их жилище проник чужак. Также их взаимодействие осуществляется с помощью феромонов, используя которые насекомые сообщают друг другу о местонахождении еды или об опасности.

О том, как устроен муравейник и как в нем все сложно мы знаем еще со школы, а вот более серьезными исследованиями муравьиного социума занимаются ученые-мирмекологи.

Устройство муравейника

Муравейник с виду напоминает обычную гору веток, травинок, кусочков земли, но на самом деле это тонко и грамотно продуманное жилище, внутри которого все гораздо интереснее, чем снаружи.

Муравьиный домик имеет форму конуса неспроста, благодаря ей дождик скатывается по травинкам и хвоинкам почти не попадая внутрь. Муравейник возвышается над уровнем травы, чтобы внутрь проникали солнечные лучи, которыми муравьи прогреваются, а также греют свои личинки и куколки. А более глубокие слои муравейника является убежищем для насекомых в холодные дни. Благодаря хитрому проекту, лето муравьи проводят в летнем конусе, а зимуют в земляных ходах.

Части муравьиного жилища

Взглянув на картинку, можно разглядеть различные части муравейника, ниже описано для чего каждая из них служит:

Верхнее покрытие, состоящее из хвои, травинок и веточек – защищает муравьиный дом от погодных явлений.
Камера, нагреваемая солнечными лучами – здесь муравьи греют себя и свое потомство.
Один из многочисленных входов, охраняемый солдатами, помимо роли двери служит еще и каналом для вентиляции.
Склад для мусора и умерших муравьев.
Камера для зимовки, где муравьи в полусонном состоянии пережидают холода.
Камера для хранения зерен.
Камера царицы, где проживает и откладывает яйца матка, за которой ухаживают рабочие муравьи.
Камера для яиц и личинок.
Камера для тлей.
Кладовка для гусениц и другой «мясной» добычи.

Это интересно! Самый большой муравейник в мире расположен в Томской области в районе села Заварзино. К этому выводу пришли томские краеведы, которые произвели замеры этого сооружения. Для того, чтобы выстроить такой муравьиный дом, у муравьиной семьи, по подсчетам ученых, ушло не менее 20 лет. Рекордные параметры – 3 метра высота и 5 метров диаметр. По словам краеведов, данный муравейник зарастает, но его жители уже занялись строительством нового жилища рядом. Возможно, что оно не будет уступать в размере старому.

Как устроена муравьиная колония? Жизнь муравьев в муравейнике

Для того, чтобы разобраться как живут муравьи в муравейнике, начнем с самого рождения. Раз в год из яиц вылупляются самцы и самки, которые готовы к продолжению рода, они имеют крылья и разлетаются в разные стороны для спаривания. Самцы после выполнения своего основного предназначения – оплодотворения, погибают, а самки улетают в поисках места для новой колонии. Найдя его, самка отгрызает себе крылья с целью получения дополнительных питательных веществ и начинает активно откладывать яйца.

Первое время ее ожидают голодные времена, она выживает только за счет накопленной жировой прослойки, но потом, когда вылупляются первые представители потомства, они начинают обеспечивать ее и личинки всем необходимым. Муравьиная королева-мать спаривается лишь один раз, при этом запаса сперматозоидов ей хватает на всю ее долгую (до 20 лет) жизнь для воссоздания потомства.

Данные насекомые относятся к перепончатокрылым, особи мужского пола развиваются из неоплодотворенных яиц и имеют одинарный набор хромосом, а особи женского пола наделены двойным комплектом. При таком положении дел, дочери приобретают от отца весь геном, а от матери – половину. При этом сестры становятся друг другу более близкими родственниками, чем дочери для матери. Несмотря на то, что слово «муравей» мужского рода, все рабочие муравьи самки – дочери королевы-матки, которые не могут спариваться и остаются неоплодотворенными всю свою жизнь.

Муравьи и их личинки

Муравьиные социальные слои

У муравьев как у людей существуют социальные отношения и иерархия. У каждого есть набор качеств: интеллект, агрессивность, скорость реакции, предприимчивость, умение общаться с другими. В зависимости от того, какие качества у каждого доминируют, муравей получает определенную профессию:

воины-захватчики – основной задачей захватывание новых территорий и нападение на другие муравейники с целью похищения личинок и коконов для того, чтобы в дальнейшем сделать из них рабов, трудящихся на благо чужого муравейника;
строители – старательно поддерживают устройство и состояние муравейника, создают новые тоннели и коммуникации по мере роста численности жильцов, каждый день сотни муравьев-строителей перетаскивают хвоинки и веточки сверху в глубокие слои муравейника, а с нижних этажей – наверх. Таким образом поддерживается стабильный режим влажности и именно поэтому купол муравейника не загнивает и не плесневеет;
санитары – изолируют больных муравьев от общества, при повреждении конечности у пациента ампутируют ее, отгрызая своими мощными челюстями;
няньки-сиделки – заботятся о потомстве и занимаются воспитанием;
добытчики – добывают и складируют пищу;
охранники – защищают входы в муравейник от чужаков и обеспечивают безопасность царицы с личинками;
пастухи или доильщики – у муравьев есть свои домашние животные. Тли поедают растительность и выделяют капельки сладкой жидкости, которая называется падью. Между насекомыми налажено взаимовыгодное сотрудничество. Муравьи щекочут тлей и получают падь — для них это вкуснейшая и питательная еда, которая является основным источником углеводов. А в виде ответной услуги пасут и защищают своих дойных коровок от нападения хищников;
транспортировщики – переносят падь в муравейник;
труженики роддома – разносят яйца по специально отведенным отсекам и отвечают за поддержание необходимого температурного режима;
хранители нектара — необходимы в муравейнике на случай, если вдруг в нем возникнут голодные времена, и муравьи-добытчики не смогут находить пищу. Тогда пригодятся продукты, которые всегда есть у запасливых хранителей;
разведчики – ищут новые места, где можно добыть пищу.

В зависимости от того, сколько муравьев в муравейнике, идет разделение труда. В небольшой муравьиной семье все ее участники могут заниматься разными видами деятельности, соблюдая принцип взаимозаменяемости. А вот в большом сообществе появляются специализации и за отдельными муравьями закрепляются свои роли.

Муравьи, так же, как и люди, рождаются не равными, с разной генетической предрасположенностью и главная задача сообщества – эффективное использование потенциала каждого члена семьи. Так к примеру, те, кто становятся охранниками и воинами изначально проявляют агрессивный нрав и не рассуждая бросаются в бой, они немного крупнее остальных сородичей и имеют сильные щупальца. Такая же история с интеллектуальной элитой муравьиного сообщества – разведчиками. Умные муравьи имеют способность запомнить последовательность поворотов по пути к месту с новым питанием и передать эту информацию добытчикам пищи.

Вопрос престижа профессии

В юном возрасте муравьи могут менять профессию и ищут себя в разных видах деятельности, для тех же, кто не определяется со специализацией уготована роль разнорабочих. Новички как ни стараются, справляются с обязанностями хуже более взрослых и опытных соплеменников. По мнению ученых в мире муравьев имеет место такое понятие, как престижность профессии. Например, низшей касте – рабам, муравьи не дают перетаскивать личинки и даже в случае опасности отнимают их и переносят сами. Для них это вопрос престижа! Рабам отводится роль строителей, видимо, эта профессия у муравьев не котируется.

Самоутверждение: «поза чемоданчика»

Чтобы закрепить за собой свое место под солнцем насекомые вынуждены показывать свой жесткий нрав. Ведут они себя порой агрессивно по отношению к соплеменникам: наскакивают друг на дружку, приподнимаются выше противника, демонстративно идут на высоких и напряженных ножках, больно кусаются. Победитель в споре может схватить побежденного и заставить скорчится в «позе чемоданчика», затем утаскивает его с поля битвы, может донести до муравейника и забросить его туда, чтобы не мешал карьере и не приближался больше к победителю.

Удивительно, что муравьи живут так слаженно и работают как единый механизм на благо своего семейства, не имея при этом одного «мозгового центра». Более того, анатомические особенности одного муравья не позволят ему быть единоличным управляющим – слишком маленькие возможности его нервной системы для такого большого объема программ и информации, которые необходимы для управления жизнью целого муравейника.

Жизнь муравьев в муравейнике уникальна, очень интересна и требует длительного изучения для постижения новых секретов этих крохотных, но сильных насекомых.

У трех видов муравьев исследовали группы, обслуживающие тлей-симбионтов. Прежде считалось, что в этой группе нет разделения труда: все члены команды являются пассивными фуражирами, которые собирают и переносят падь (питательные выделения тлей) в муравейник. В новом исследовании показано существование устойчивого разделения функций в этой группе. Одни муравьи собирают падь, другие относят ее в муравейник, третьи охраняют колонии тлей, четвертые разведывают новые колонии. Специализация тем яснее, чем больше колония и чем меньше пищи. Но когда ближе к осени производительность тлей снижается, команда муравьев редеет и остаются лишь сборщики пади. Очевидно, что профессионализм у муравьев появляется тогда, когда необходимо повысить эффективность труда.

Хорошо известно, что у муравьев существует разделение труда в муравейниках. Жизнь огромной колонии – бывают муравейники, где живет до миллиона муравьев – невозможна без разделения функций. Каждый член семьи «знает», где он должен находиться и что он должен делать. Без этого трудно было бы прокормиться такому огромному населению, защитить гнездо от разнообразных напастей. Ясно, что разделение труда повышает эффективность трудозатрат и использования ресурсов. В муравейниках имеются профессиональные солдаты, натренированные охранять муравейник от интервентов, фуражиры, нацеленные на сбор пищи, разведчики - «интеллектуальная» каста исследователей новых ресурсов, и другие специалисты. Специалисты одного или нескольких направлений часто образуют рабочие группы для выполнения конкретной задачи, например, перенести крупную добычу в муравейник. Т.А.Новгородова из исследовала разделение труда в одной из четко различимых рабочих групп. Это рабочая группа трофобионтов – устойчивая команда, ухаживающая за тлями. Их задача – обеспечить семью падью , излюбленной пищей муравьев, которую выделяют тли. Как указывает Т.А.Новгородова, важно было изучить поведение муравьев в этой важной для муравьиной семьи группе. Но в действительности, задача данного исследования шире, чем более глубокое познание рабочих специальностей в муравейнике. Трофобионты послужили моделью для выяснения механизмов появления специализации у муравьев.

В статье приведены данные по поведению муравьев-трофобионтов трех видов (Formica polyctena, Formica aquilonia, Formica pratensis), различных по экологии и численности, и собранные в течение всего вегетационного периода. Рыжие муравьи двух видов (F. polyctena, F. aquilonia) – это обитатели леса с миллионной численностью населения, луговые муравьи (F. pratensis) живут в безлесных участках, их семьи исчисляются десятками тысяч, редко до ста тысяч особей. По приведенным в статье данным можно составить представление о стабильности команд, стабильности специализации членов команды, о причинах появления команд и специализации в ней.

Команды трофобиотов преданы своей колонии тлей, то есть команда в течение всего активного сезона обслуживает одну и ту же колонию тлей. При этом число членов команды оставалось постоянным у всех трех видов. Только к осени, когда производительность тлей снижалась, команды «расходились» и численность их соответственно уменьшалась. У рыжих муравьев на одну тлю приходится в среднем три муравья, а у луговых одному муравью нужно заботиться о девяти тлях.

В команду рыжих муравьев набираются, как выяснилось, рабочие четырех специальностей: пастухи, сторожа, транспортировщики и разведчики. Пастухи ухаживают за тлями: постукивая тлей антеннами, заставляют их выделять капельки пади, которую они собирают и передают транспортировщикам. Транспортировщики переносят питательные капельки в муравейник. Сторожа охраняют колонии, эти профессионалы наиболее агрессивны. Координаторы или разведчики осторожны, склонны избегать опасностей, заняты поиском новых колоний тлей и могут уходить далеко от кормовой точки. Если разведчик находит бесхозную колонию, то может начать собирать падь до появления сторожей или пастухов, а если находит крылатую тлю, то ухаживает за ней до появления личинок, а затем приводит пастухов из соседних колоний тлей для начала работы на новом месте. Разведчиков среди трофобионтов меньше всех. Свою специальность участник рабочей команды не меняет, только разведчики выполняют разнообразные функции в связи с необходимостью ориентироваться по ситуации. Ближе к осени, когда команды расформировывались, с тлями оставались только пастухи, которые сами и переносили пищу в гнездо. Сбор пади требует специальных навыков, которыми плохо владеют сторожа и транспортировщики, видимо, поэтому присутствие пастухов необходимо и достаточно, а присутствие других профессий необходимо, но не достаточно.

У луговых муравьев среди трофобионтов обнаружилось две профессии – пастухи и сторожа. Транспортировщиков у них нет, пастухи и сторожа сами относят падь в муравейник. Сторожа у них умеют гораздо больше, чем аналогичные специалисты у рыжих муравьев: они часто сами собирают падь и, подобно разведчикам, обладают высокой поисковой активностью.

Теперь вспомним, что численность луговых муравьев на один-два порядка ниже, чем у рыжих лесных. Это означает большую нужду в пищевых ресурсах для рыжих муравьев. Узкая специализация повышает эффективность использования ресурсов целой семьей и эффективность энергозатрат для каждого муравья. Включение сторожей в команду увеличивает выживание тлей, так как сторожа активно отгоняют от тлей их естественных врагов – божьих коровок и их личинок и других насекомых. Это тоже в конечном итоге увеличивает количество пищи. Если пищи хватает, то можно не так рьяно заботиться о повышении производительности труда. Именно этим и объясняется меньшее число специальностей в рабочих командах лугового муравья и меньшее внимание, которое уделяется трофобионтами каждой отдельной тле. Когда же нужда в высокопроизводительном труде на пастбищах тлей к осени исчезает, то и команды трофобионтов распадаются: зачем же команде простаивать, когда можно заняться другими полезными делами. По-видимому, они переключаются на поиски и обработку другой добычи или иные виды деятельности.

В условиях сокращения пищевого ресурса при отсутствии альтернативных ресурсов, как это было смоделировано в лабораторных экспериментах, муравьи начинают гораздо активнее посещать тлей, появляется устойчивая охрана колоний. То же самое происходит и у других видов муравьев при возрастании численности: они увеличивают число посещений тлей, организуют так или иначе охрану их колоний. Но при снижении численности эта охрана снимается и число походов в колонии сокращается. Так что ограниченность пищевого ресурса, которая неизбежно возникает в семьях с высокой численностью, влечет необходимость интенсифицировать пищедобывательное поведение, и в результате формируются высокоспециализированные профессии. В таких семьях профессии стабильны, а специалистов широкого профиля немного.

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

Во главе муравейника обычно стоит матка - это большое насекомое, которые непрерывно откладывает яйца, обеспечивая пополнение общины новые жителями. Муравьи-рабочие решают ежедневные задачи по ухаживанию за яйцами и куколками, поиску пищи, ремонту муравейника. Солдаты стоят на страже входов в жилище и отсекают чужаков. Самцы и самки участвуют в процессе размножения.

Солдаты

Муравьи воины являются отдельным подвидом простых рабочих , отличаясь от последних немного большими размерами. Кроме этого, у такого муравья сильнее развиты жвала, мышцы которых занимают большую часть головы. У некоторых муравьев, из-за характерного строения головы, солдаты потеряли возможность самостоятельного приема пищи - в результате рабочим приходится их кормить.

Главной функцией муравьев-солдат в общине является защита территории и муравейника от проникновения в него врагов, защита фуражиров, доставляющих пишу. Кроме этого солдаты со своими мощными челюстями помогают расчленить добычу на несколько частей, если рабочие не могут ее самостоятельно унести.

Роль в семье рабочего муравья и особенности строения

Муравьи строители являются первым видом, который появляется у матки после основания нового муравейника. Именно они занимаются строительством колонии, заготовлением пищи и уходом за яйцами и куколками. В развитом муравейнике рабочие имеют преобладающую численность среди всех особей.

СПРАВКА! Распределение профессий между рабочими-муравьями зависит от их общего состояния и психических наклонностей.

Так, инициативные насекомые с хорошей реакцией становятся разведчиками и охотниками, а медленные и неторопливые особи отправляются на выпас тли и сбор сладковатых выделений. Кроме этого, смена профессии происходит по мере старения.

Молодые особи обычно выполняют работы внутри гнезда - ухаживают за яйцами , самками, строят новые ходы и камеры.

В случае, если погибает значительная часть рабочих одной профессии - к примеру, уничтожаются птицами или в результате химической обработки, их обязанности перераспределяются среди оставшихся жителей муравейника.

Насколько сильные муравьи и какой вес они поднимают?

Насекомое обладает огромным запасом выносливости – муравей может поднять и нести вес в 50 раз больше собственного. При этом если несколько особей работают вместе и объединяют свои усилия, этот показатель может многократно возрастать. Такое возможно благодаря тому, что у большой процент мышц приходится на одну единицу массы тела.

Сила муравьев позволяет им с успехом выполнять задачи по поиску и заготовке корма. Если насекомое не в состоянии поднять добычу, он может ее долгое время волочь за собой.

СПРАВКА! Множество муравьев, соединяясь лапами, могут образовывать длинные живые мосты для преодоления ручьев или расщелин. Подобные связки могут выдерживать вес в несколько килограмм.

Кто главный король муравей?

Вся жизнь в муравейнике опирается на матку-королеву. Она не участвует ни в охране муравейника, ни в сборе пищи, однако именно на эту особь возлагается задача по поддержанию и увеличению численности колонии

Матка - это бывшая самка, которая была оплодотворена самцом и смогла организовать новый муравейник . В процессе выращивания первой популяции они откусывают себе крылья.

Матка живет до 20 лет, откладывая за это время до 500 тысяч яиц. Пока эта особь жива, колония имеет все шансы на восстановление, какие бы потери она не понесла.

В муравейнике четко установлена иерархия общества. Во главе всего поселения стоит матка. Самые многочисленные - рабочие, которые в зависимости от своих предпочтений, могут выполнять разнообразные задачи - поиск пищи, разведку, уход за маткой и яйцами. Солдаты - это особи с большими мощными челюстями, которые занимаются охраной муравейника и фуражиров.