Текст книги "Удивительная зоология"

Эти умные муравьи

По мнению большинства ученых, первые муравьи появились в середине мелового периода мезозойской эры, примерно 130 миллионов лет тому назад. Их ближайшей родней были доисторические осы (нынешние муравьи представляют собой отдельное семейство в составе большого отряда перепончатокрылых) – в мезозойских отложениях даже найдены переходные формы между ними.

В наши дни они распространены повсеместно (кроме Антарктиды и некоторых изолированных островов), образуя около четверти биомассы всех наземных животных. Достаточно сказать, что на одном квадратном километре саванны в Западной Африке обитает два миллиарда муравьев – 740 000 колоний. (Для справки: все население планеты Земля на сегодняшний день составляет чуть больше 6,5 миллиарда человек.)

Изучением муравьев занимается наука мирмекология. Ученые насчитывают свыше 10 000 видов муравьев, то есть в два с лишним раза больше, чем всех вообще млекопитающих. Все они – общественные насекомые, образующие сложные семьи, состоящие из нескольких каст. Муравьи сооружают гнезда в почве, древесине, на поверхности земли (так называемые муравейники), а некоторые виды тропических муравьев гнезд не строят и ведут бродячий образ жизни.

Специалистов всегда удивляло разительное несоответствие между ничтожно малыми размерами нервной системы отдельно взятого муравья и сложной социальной структурой муравейника, представляющего собой, по сути дела, монолитный организм, оперативно и умело откликающийся на любое воздействие извне. По некоторым данным, нервная система муравья содержит всего около 500 тысяч нейронов, тогда как только в головном мозге человека их примерно 50 миллиардов, т. е. в 100 000 раз больше.

Муравей

Муравьиная семья – весьма гибкая структура, оперативно откликающаяся на любое возмущение, а ее деятельность поражает целенаправленностью. Например, муравьи – опытные и умелые животноводы, ничуть не хуже человека. Они разводят тлей и употребляют в пищу их выделения – так называемую падь, исключительно богатую углеводами. Особая каста населения муравейника – муравьи-фуражиры носят падь в зобиках, чтобы кормить ею остальных членов семьи.

Муравьи не только регулярно доят тлей, но и заботятся о процветании стада, защищая их от вредителей и других насекомых. Хозяйственные муравьи внимательно следят за состоянием кормовой базы своих подопечных, перенося их на наиболее «сытные» участки растения, строят «навесы» для защиты от солнца, «скотные дворы» и «павильоны», а на зиму уносят самок тлей в теплый муравейник. Стоит ли после этого удивляться, что в опекаемых муравьями колониях скорость развития и размножения тлей значительно выше, чем в самостоятельных сообществах?

Муравьи не только замечательные скотоводы, но и рачительные земледельцы и огородники. У муравьев некоторых видов изрядную часть рациона составляют семена различных трав. Муравьи сберегают их в специальных сухих хранилищах, а перед едой очищают от кожуры и измельчают в муку. Мука смешивается со слюной насекомых-кормильцев, а питательное тесто скармливается личинкам. Муравьи подходят к делу серьезно, принимая специальные меры, чтобы обеспечить сохранность зерна. Например, после периода затяжных дождей семена выносят из хранилища на поверхность и сушат.

Другие виды заводят в своих муравейниках самые настоящие грибные плантации для получения высококалорийной белковой пищи. Так, муравьи-листорезы, питающиеся почти исключительно грибами и строящие огромные подземные города, непременно в каждом гнезде создают грибную плантацию. Грибы могут расти только на специальном грунте, и для его получения рабочие муравьи нарезают зеленые листья аккуратными пластинками и уносят их под землю. Там, в особых галереях, теплых и влажных, смешанная с экскрементами листва перепревает, и на нее высаживаются грибы. Чтобы плантация не истощилась, муравьи регулярно обновляют грунт в грибнице.

Как известно, бич любой сельскохозяйственной культуры – это вредители и паразиты. И грибные плантации муравьев в этом смысле отнюдь не исключение. Урожайность специально культивируемой монокультуры всегда выше, чем у ее дикого предка, но зато она страдает от многочисленных хворей, которым «дикарь» успешно противостоит. Отсюда вытекает необходимость специальных мер по защите от паразитов и вредителей, чтобы культура могла успешно плодоносить.

Человек, как мы знаем, создал для этого громоздкую химическую индустрию. А муравей разрешил проблему куда проще и эффективнее.

Злейшим врагом грибных посадок является разновидность аскомицетового грибка, который быстро превращает тучные посевы в несъедобную дрянь. Однако муравьи своевременно уничтожают паразита. Недавние исследования американских ученых показали, что для борьбы с паразитирующим грибком муравьи применяют бактерии-актиномицеты, синтезирующие мощные специализированные антибиотики с высокой избирательностью действия. Такой антибиотик поражает только грибок-паразит и совершенно не вредит посевам.

Более того, муравьям-листорезам прекрасно известно, что паразит легко приобретает устойчивость к препарату, поэтому у них под рукой всегда имеется несколько штаммов полезных бактерий. Когда муравьи переселяются на новое место, муравьиная матка переносит во рту из старого муравейника не только культуру гриба, но и колонию бактерий-актиномицетов.

Муравьи еще и прекрасные охотники. Некоторые их виды, обитающие в бассейне Амазонки, умеют строить ловушки для насекомых, которые гораздо крупнее их самих. Из волокон травянистого растения они сплетают кокон, а в его стенках проделывают множество маленьких отверстий. По поверхности кокона они размазывают культуру плесневого грибка, который склеивает растительные волокна, отчего прочность кокона значительно увеличивается. Внутрь кокона прячутся сотни рабочих муравьев и просовывают головы в изготовленные отверстия, выступая в роли своеобразных живых капканов. Когда на поверхность кокона садится какое-нибудь насекомое, муравьи мертвой хваткой вцепляются в его лапки, жвала и усики и удерживают жертву до прибытия «группы специального назначения». Муравьи-солдаты жалят добычу до тех пор, пока она не будет полностью парализована. После этого насекомое расчленяют и уносят в гнездо.

Еще удивительнее поведение тропических муравьев, до неузнаваемости перекраивающих среду обитания. В амазонской сельве иногда встречаются лесные участки (местные индейцы называют их «садами дьявола»), на которых растут деревья только одного вида. Это весьма необычно, поскольку дождевые экваториальные леса не знают себе равных по богатству и разнообразию флоры на единицу площади: на одном квадратном километре влажного тропического леса можно без труда насчитать несколько сотен пород деревьев. Сравнительно недавно биологи выяснили, что творцы этих «садов» – муравьи определенного вида, живущие в стволах деревьев. В ходе исследований было установлено, что муравьи просто-напросто уничтожают ростки всех других растений, впрыскивая в их листья муравьиную кислоту. Необычный эксперимент полностью подтвердил догадку ученых: на территории одного из таких «садов» высадили саженцы других деревьев, и все они погибли в течение суток.

Причины столь неразумного на первый взгляд поведения лежат на поверхности. Стремясь расширить ареал своего обитания, муравьи старательно уничтожают всю растительность в округе, культивируя лишь те деревья, внутри которых они живут. По оценкам специалистов, один из самых больших «садов дьявола» существует уже не менее восьмисот лет.

Муравейник

Лесные муравьи средней полосы России тоже дают достаточно материала для наблюдений. Муравейник средней величины построен из нескольких миллионов хвоинок и веточек, и весь этот строительный материал находится в непрерывном движении. Кипучая суета не замирает ни на минуту. Сотни и тысячи муравьев без конца таскают хвоинки взад-вперед – с поверхности купола вглубь и с нижних этажей снова наверх. Тем самым обеспечивается оптимальный температурный и влажностный режим муравейника, а его купол никогда не гниет и не плесневеет.

Весьма оригинально муравьи решают проблему разогрева муравейника весной. Поскольку теплопроводность его стенок очень мала, естественный прогрев занял бы очень много времени. Муравьи нашли выход из положения. Когда весеннее солнце начинает основательно припекать, а снег с муравейника сходит, муравьи выбираются наружу и начинают принимать солнечные ванны. На солнце температура тела муравья быстро повышается на 10–15 градусов, и он сразу же спешит обратно, согревая холодный муравейник теплом своего тела. К отопительным работам подключаются тысячи муравьев, и температура внутри муравейника быстро поднимается.

Весьма любопытно, что муравьи не бросают своих погибших собратьев где попало, а погребают их на специальных кладбищах.

Феномен захоронения себе подобных сплошь и рядом почему-то считается сугубо человеческим изобретением, хотя очень многие животные заботятся о трупах своих сородичей. Причины этого явления лежат на поверхности: во-первых, трупы разлагаются, что угрожает эпидблагополучию социума, а во-вторых, они приманивают хищников-трупоедов.

Любопытно, что рыжие лесные муравьи не только относят своих умерших товарищей на импровизированные кладбища, но и строго соблюдают при этом определенный ритуал: муравей несет трупик своего собрата, старательно удерживая его в точности над своей головой.

Муравьи некоторых видов ведут войны и практикуют рабовладение. Групповая защита территории привела к выделению особой касты солдат, ничем, кроме войны, не занимающихся. В непрерывных войнах оружие все более совершенствовалось и специализировалось. Например, у некоторых муравьев появились даже солдаты-бомбы: оказавшись во вражеском окружении, они сильно сокращают мышцы и в буквальном смысле слова взрываются, поражая неприятеля едкой жидкостью. А солдаты пробковых муравьев с бронированным лбом всю свою жизнь проводят на одном месте, «работая» затычками на входах в гнездо.

Муравьиный социум вообще высокоспециализирован. Российский ученый В. Р. Дольник отмечает: «Очень интересно образование военных каст у общественных насекомых, когда-то вставших на путь войн и шедших этим путем десятки миллионов лет. У многих из них касты воинов не только сами не желают добывать пропитание, но и разучились самостоятельно принимать пищу, их кормят сестры-рабочие. У некоторых видов воины изменились морфологически, превратившись в живые инструменты для войны. Есть воины-танки, воины-артиллерия, воины-противотанковые средства, воины-химические мины, воины-фортификационные сооружения и так далее. У некоторых видов термитов каста воинов распалась на несколько подкаст, для разных целей войны предназначенных и по-разному выглядящих. Вот до каких крайностей может довести естественный отбор генетические программы вида, вставшего на путь избыточной милитаризации».

Между прочим, раненных в бою товарищей муравьи не бросают. Так, малые лесные муравьи доставляют пострадавших на поле брани домой в муравейник, где их обеспечивают пищей и уходом, чтобы они могли поправиться.

Не все муравьи живут оседло. В тропиках встречаются так называемые бродячие муравьи, которые кочуют огромными колониями. Неумолимое движение сплошной массы муравьиных тел напоминает армию на марше. Этот железный поток сметает все на своем пути, и остановить его невозможно. Звери, гады и насекомые обращаются в паническое бегство, люди снимаются с насиженных мест и, прихватив скарб и домашнюю скотину, покидают свои жилища. Там, где прошли колонны бродячих муравьев, не остается ничего живого, не успевшие убежать или застигнутые врасплох лесные твари оказываются погребенными под живой смертоносной волной. От них остаются только отполированные до белизны скелеты.

Муравей несет куколку

На марше бродячие муравьи соблюдают строгий порядок. С флангов колонну охраняют муравьи-солдаты с огромными мощными жвалами, а в центре двигаются рабочие муравьи, несущие личинок и куколок. Движение продолжается весь световой день, а на ночь муравьи останавливаются и сбиваются в кучу.

Вся жизнь этих неутомимых путешественников проходит в непрерывном кочевании; оседлыми они становятся только на период размножения, но строят не муравейник, а гнездо из собственных тел в форме полого внутри шара с несколькими входами. Матка начинает откладывать яйца, а рабочие муравьи за ними ухаживают и выводят из них личинок. Муравьи-фуражиры время от времени покидают гнездо и отправляются в походы за пищей и водой для всей семьи. Оседлая жизнь продолжается до тех пор, пока личинки не подрастут, после чего семья снимается с места и вновь трогается в путь.

Муравьи-листорезы: рабочие разных каст (слева) и две матки (справа)

Некоторые виды муравьев умеют форсировать водные преграды, строя живые мосты из собственных тел. А свирепые огненные муравьи из Южной Америки даже овладели навыками судостроения. Огненными их прозвали за исключительную ядовитость.

Обычные муравьи опрыскивают свою жертву (чаще всего это насекомые) едкой муравьиной кислотой, а вот огненные муравьи действуют по-другому. Охотясь на небольших животных вроде ящериц, они набрасываются на добычу, вцепляясь в нее мощными челюстями, выдвигают из брюшка жало и вонзают его в тело жертвы, впрыскивая сильный яд соленопсин. Атакованная одновременно множеством муравьев ящерица гибнет через минуту. Для человека яд огненного муравья не смертелен, однако его укус настолько болезнен, что требует медицинской помощи.

Кроме свирепости и ядовитости, огненные муравьи замечательны еще тем, что умеют сооружать живые плоты, ибо их родиной являются заливные луга Аргентины. В случае наводнения вся колония сразу же превращается в такой плот и мирно плывет вниз по течению, переселяясь на новое место. Рабочие муравьи образуют несущую часть плота, располагаясь в несколько слоев (их количество зависит от размера колонии), солдаты бегают поверху, надзирая за порядком, ну а царица (муравьиная матка) в окружении самцов возлежит в центре.

Недавно американские ученые поставили серию весьма любопытных опытов с муравьями-плотогонами, в ходе которых выяснились некоторые занятные вещи. Приведем цитату из статьи В. Смолицкого «Живой плот»:

«Оказалось, что муравьи в нижних слоях плота тесно прижимаются друг к другу, ухватившись челюстями за ноги соседа. За счет этого внутри плота удерживается множество воздушных пузырьков, которые и обеспечивают его плавучесть. Измерения <…> показали, что средняя плотность плота, благодаря этим пузырькам, оказывается существенно меньше плотности отдельного муравья, поэтому отдельно взятый муравей, упав в воду, может и утонуть (хотя, вообще говоря, его хитиновый покров отталкивает воду), а плот в целом держится на ее поверхности. И мало того: благодаря наличию этих воздушных пузырьков около тельца муравья каждый из них, даже в нижнем, лежащем на воде слое имеет возможность дышать!»

Сложнейшая социальная жизнь муравьев невольно создает впечатление, что эти крохотные создания, снующие у нас под ногами, наделены разумом. Однако большинство специалистов убеждены, что вся их разнообразная деятельность полностью инстинктивна и управляется жесткими врожденными программами. Правда, отдельные ученые менее категоричны и не спешат с ответом на этот непростой вопрос.

В наши дни ученые все чаще начинают поговаривать о том, что свести разнообразную деятельность муравейника к голому слепому инстинкту не очень получается. Так, доктор технических наук В. Луговой отмечает, что объем знаний и умений, необходимый муравью, едва ли может быть сведен к автоматическим врожденным реакциям и, во всяком случае, заведомо превосходит потенциальные возможности его нервной системы. Крохотная головка муравья просто не в состоянии вместить столько бит информации.

В. Луговой в статье «Распределенный разум» писал:

«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».

В. Луговой предположил, что муравейник как единый организм обладает неким управляющим центром, своего рода коллективным разумом, который распределен между всеми обитателями муравейника. Каждый муравей, помимо собственного набора программ, необходимых ему для выполнения конкретных трудовых операций, дополнительно несет в себе частичку, сегмент этого супермозга. Если сложность задачи превышает возможности отдельно взятого муравья, рассыпанные по муравейнику сегменты объединяются в единое целое, и за дело принимается коллективный разум, в котором растворены «личности» отдельных насекомых.

Еще одна цитата из статьи В. Лугового:

«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 «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».

Естественно, возникает вопрос о физической природе связи, посредством которой члены сообщества обмениваются информацией. В. Луговой полагает, что требованиям работы распределенного мозга может удовлетворить только один канал – электромагнитные колебания. И хотя ни у муравьев, ни у пчел, ни у термитов подобные каналы до сего дня не обнаружены, это обстоятельство, по мнению ученого, еще не говорит об их отсутствии. Просто-напросто традиционные методики не смогли справиться с этой задачей. Нужно искать новые, более совершенные подходы, и тогда информационные каналы, обслуживающие муравьиную семью, непременно будут обнаружены.

В. Луговой ссылается на прямые наблюдения за муравьями, которые позволяют заподозрить существование управляющих сигналов. Нередко бывает так, что бегущий по своим делам муравей внезапно замирает и после короткой заминки меняет курс. Это весьма похоже на прием управляющего сигнала, поступившего извне.

Еще интереснее с точки зрения супермозга феномен так называемых «ленивых» муравьев. Специалистам известно, что примерно 20 % любой муравьиной семьи не принимают ровным счетом никакого участия в трудовой и прочей деятельности. Причем это не муравьи на отдыхе, которые после восстановления сил вновь включаются в работу. Если изъять из муравейника некоторое количество активно работающих муравьев, то соответствующим образом повысится темп трудовой деятельности оставшихся, а вот ленивые муравьи все равно не включатся в работу.

Убедительного объяснения этому феномену нет. Одни ученые полагают, что это своего рода «пенсионеры», находящиеся на заслуженном отдыхе, другие считают, что это муравьи, не желающие работать.

В. Луговой предложил еще одну гипотезу. Для любой распределенной системы обработки информации (а супермозг является именно такой системой) задача номер один – обеспечение высокой надежности. А поскольку «программное обеспечение» муравейника не собрано в одном месте, но распределено между отдельными особями, достаточно велик риск утраты какой-то его части. Понятно, что средняя продолжительность жизни муравьев сравнительно невелика, а вероятность их случайной гибели весьма высока. Поэтому должно иметь место многократное дублирование сегментов супермозга, чтобы он мог исправно функционировать. Кроме того, необходимо прибегнуть к повышению, так сказать, «физической» надежности некоторых особо важных элементов, где хранятся самые ценные и невосстанавливаемые программы и данные.

В. Луговой писал: «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».

В Стэнфордской лаборатории лауреата Нобелевской премии И. Пригожина был проведен эксперимент, подтверждающий гипотезу В. Лугового о распределенном мозге. В этом опыте муравьиную семью разделили таким образом, что в одну группу вошли только «ленивые» муравьи, а в другую – только трудяги. Через некоторое время 80 % популяции «лентяев» немедленно включились в трудовую деятельность, а 20 % продолжали лениться. В семье же «трудоголиков» пятая часть муравьев моментально отошла от дел, а четыре пятых вкалывали по-прежнему. Отсюда, в частности, следует, что ленивые муравьи физиологически ничем не отличаются от своих трудолюбивых собратьев. Просто муравейник, функционирующий как единый организм, в обязательном порядке резервирует пятую часть популяции в качестве носителей особо ценных программ и данных. А в роли такого носителя может выступать любой член муравьиной семьи.

Впрочем, некоторые специалисты склонны объяснять сложную деятельность муравьев, не прибегая к гипотезе коллективного мозга.

Как известно, муравьи общаются между собой с помощью особых пахучих веществ – феромонов, которые выделяют их экзокринные железы. Более того, муравьи не только могут похвастаться отменным обонянием, но и умеют определять «полярность» запаха, то есть его направление, на что не способны другие животные. Когда муравей отыскивает еду, то, возвращаясь назад, метит феромонами пройденный маршрут. В гнезде он касается особым образом других муравьев своими усиками, тем самым отправляя собратьев в поход за найденной пищей. Иными словами, срабатывает механизм обратной связи: чем больше муравьев пробежит по тропе, тем сильнее она будет пахнуть и тем более привлекательной станет для других муравьев.

Точно так же они находят кратчайшую дорогу к цели. Предположим, что перед муравьями лежат два пути – один чуть длиннее, а другой короче. Поначалу муравьи с равной вероятностью устремятся по обеим дорогам, но те, кто выбрал короткий маршрут, вернутся в муравейник быстрее. Значит, в единицу времени короткой тропой пройдет большее количество муравьев, и помечена она будет куда основательнее. Естественно, новая партия рекрутов, не колеблясь, выберет «натоптанную» дорогу, и так будет повторяться до тех пор, пока короткой тропой не двинутся практически все муравьи.