В Калифорнии при строительстве автострад могут применить опыт муравьиных колоний

Может быть, в муравьиных гнездах кроется секрет уменьшения пробок на 405-й автостраде? В новом исследовании биологи Калифорнийского университета обнаружили сведения о том, как муравьи строят свои гнезда, которые могут быть полезны для проектирования более эффективных транспортных систем.

Ученым было интересно выяснить, как именно муравьи строят свои гнезда — под влиянием эволюционной истории каждого отдельного вида или текущих экологических условий. Оказалось, что эволюция не может объяснить наблюдаемые вариации между гнездами разных видов. Напротив, они пришли к выводу, что среда, в которой муравьи добывают пищу, и способ ее транспортировки являются основными факторами, определяющими способ строительства гнезд каждого вида.

Какой урок можно извлечь для людей? Если бы дороги лучше соответствовали способам перемещения товаров и людей в городах, транспортные сети могли бы быть более эффективными. Например, загруженность автострад Южной Калифорнии можно было бы улучшить, если бы на них были выделены полосы или дороги для грузовиков, следующих в крупные логистические узлы, такие как порты, склады и распределительные центры.

Муравьи сталкиваются с теми же проблемами, что и мы, когда речь идет о жизни в тесном пространстве, — говорит Шон О'Фаллон, докторант Калифорнийского университета по экологии и эволюционной биологии и первый автор исследования.

Мы плотно живем в городах, и в идеале мы должны быть плотно связаны друг с другом, но существуют ограничения на то, насколько тесно мы можем быть упакованы друг с другом. Для строительства зданий и дорог существует лишь ограниченное пространство.

В исследовании, опубликованном в журнале Philosophical Transactions of the Royal Society B, ученые проанализировали информацию из двух источников — сведения о 397 муравьиных гнездах были получены из ранее опубликованных данных и изображений, а еще 42 гнезда, расположенные в биологическом заповеднике Арчболд близ города Венус (штат Флорида), были изучены авторами заново. В общей сложности 439 гнезд представляли 31 вид муравьев.

Выяснилось, что структура гнезд во многом определяется такими факторами, как то, добывают ли муравьи пищу в одиночку или группами, а также тем, как они привлекают других муравьев для поиска и переноски пищи. Одним словом, активность и поведение животных играют большую роль в строительстве гнезда, чем какие-либо врожденные эволюционные шаблоны.

Можно представить себе гнездо как транспортную сеть — в нем живут муравьи, но это также и своего рода сеть автомагистралей, по которым они ввозят и вывозят вещи, — говорит Ноа Пинтер-Вольман, профессор экологии и эволюционной биологии Калифорнийского университета и соавтор статьи.

Исследователи рассмотрели четыре распространенные кормовые стратегии, используемые муравьями. У некоторых видов отдельные муравьи охотятся за пищей. В других случаях муравей приносит пищу в гнездо, чтобы привлечь других муравьев к поиску пищи. Муравьи также могут образовывать непрерывную тропу между источником пищи и гнездом, которая может сохраняться в течение нескольких месяцев. Или же они могут оставлять феромонный след, по которому могут в большом количестве следовать члены колонии — это явление исследователи назвали «массовой вербовкой».

Гнезда муравьев состоят из туннеля, ведущего вниз к входной камере, где муравьи привлекают других членов колонии для помощи в поиске или транспортировке пищи. От входной камеры вниз ведут туннели к другим камерам, которые соединены туннелями с еще более глубокими камерами. Камеры служат для различных целей, например, для хранения пищи и отходов, а также для выращивания потомства.

Исследователи ожидали, что у муравьев, использующих массовый способ добычи корма, входные камеры гнезд будут больше, чем в гнездах других видов, поскольку эти пространства должны обеспечивать взаимодействие большего числа муравьев. И действительно, это оказалось так.

Однако ученые также ожидали, что гнезда фуражиров массового набора будут иметь большую «плотность сети», то есть большее количество связей между камерами, чем гнезда, построенные другими видами. По мнению ученых, большая плотность сети будет способствовать более активному перемещению муравьев и ресурсов по гнезду.

Однако исследование показало, что у муравьев, представляющих все четыре кормовые стратегии, плотность сети была относительно низкой — даже в больших гнездах с сотнями камер. Более того, исследование показало, что при всех кормовых стратегиях гнезда с наибольшим количеством камер имели самую низкую плотность сети.

В своей работе исследователи пишут, что этот вывод может быть обусловлен просто особенностями архитектуры: Слишком большое количество туннелей между камерами может ослабить структурную целостность гнезда, что может привести к разрушению всей системы.

Муравьям приходится балансировать между эффективностью высокосвязных гнезд и стабильностью архитектуры, — говорит Пинтер-Воллман.

С одной стороны, они хотят, чтобы транспортировка была более быстрой, но если они начнут делать слишком много соединений, гнездо разрушится.

Оригинал изображения: https://www.inaturalist.org/observations/177921140

02.09.2023