Муравьи относятся к отряду перепончатокрылых и являются представителями семейства насекомых из надсемейства муравьиных. На земле насчитывается более 12 тысяч видов этих существ, отличающихся размерами и внешним видом. Многие из них приносят пользу человеку, некоторые же весьма опасны для его здоровья. Муравей – это насекомое общественное. Обычно формируются следующие касты: рабочие муравьи, особи мужского и женского пола. Отличительной характеристикой самцов и самок является наличие крыльев, которые они отгрызают после спаривания. Рабочие муравьи их не имеют вовсе. Об особенностях этих уникальных созданий расскажет эта статья.
Где живут
Распространены эти крохотные труженики на территории всех материков, исключение составляет лишь Антарктида. Живут насекомые в , которые строят сами. Основательницами таких гнезд являются самки (матки), функция которых заключается не только в продолжение рода, но и в подборе подходящего места. В каждой колонии имеется лишь одна . Все остальные жители муравейника ее кормят и оберегают. Фото муравейника, где живут муравьи, можно увидеть ниже.
Интересно!
Самцы муравьев гибнут практически сразу после с самкой. Рабочие муравьи или как их еще называют фуражиры, заботятся об остальных членах своего семейства, доставляя им еду. Еще одной функцией рабочих муравьев является защита муравейника от нападения врагов.
Однако четко делятся на касты не все . Так начало своей жизни посвящают уходу за яйцами и личинками, в следующем этапе своей жизни они обустраивают гнездо, позже их функция заключается в добыче пищи. В результате чего, в муравейнике находится наибольшее количество живых особей.
Внешнее строение
Муравьи – насекомые, которые считаются одними из самых известных и многочисленных в мире. Размер муравья и варьируются в зависимости от вида. Длина тела может составлять от 1 до 50 мм. И чаще всего являются и . Причем самки обычно гораздо крупнее особей мужского пола. Окрас тела зависит от видовой принадлежности.
Анатомия муравья достаточно сложна. Тело мураша покрыто хитиновой оболочкой. Такой своего рода скелет не только поддерживает, но и защищает кроху. Описание внешнего вида у разных представителей практически схожее. Голова, грудь и брюшко – таково строение муравья. Фото муравья можно увидеть ниже.
Голова
Голова муравья обычно крупных размеров, у каждого отдельного вида она отличается определенным строением. На ней расположены мощные мандибулы. Ими труженики переносят пищу, используемые для строительства гнезд травинки и веточки. Также мандибулы помогают насекомым защищаться.
Глаза
Ответить на вопрос, сколько глаз у муравья, может не каждый. Глаза насекомого отличаются сложным фасеточным строением. Помимо парных присутствует еще 3 глазка. Ими крошечные создания определяют уровень освещенности и плоскость поляризации светового потока.
Интересно!
При наличии такого количества глаз зрение у муравьиных особей не самое лучшее. Большинству насекомых присуща близорукость. Некоторые представители данного семейства не способны различать предметы, так как не видят вообще. Они могут реагировать только лишь на движения. Есть также особи, реагирующие на уровень освещенности пространства.
Рот
Ротовой аппарат муравья грызущего типа. Он включает в себя челюсти, которые еще называют жвалами или мандибулами, верхнюю губу (лабрум) и нижнюю губу (лабиум). Жвалы могут быть крупными и не очень, чрезмерно острыми и совсем тупыми. Они также бывают перекрывающимися и смыкающимися. Благодаря такой особенности муравьев, мандибулы могут пережевывать пищу даже при закрытом рте.
Органом вкуса мурашек служит язычок, расположенный на нижней губе. Им насекомые еще чистят свое тело.
Усики
Органом чувств насекомых являются коленчатые усики. Они помогают муравьям определять запахи, улавливать колебания и вибрации воздуха. К тому же данный орган насекомые используют для приема и передачи сигналов во время общения со своими сородичами.
На заметку!
Интересным является тот факт, что такого строения усики имеются только лишь у муравьев.
Брюшко
Брюшко у муравьев стебельчатого вида (стебелек образуют одно или два кольца). На нем может располагаться вертикальный вырост или зазубрины. У некоторых разновидностей муравьев на конце брюшка имеется жало, служащее им орудием для охоты и своей защиты. Благодаря ему насекомые выделяют кислоту – особое вещество, которое парализует врага.
Лапки
Муравей имеет 3 пары хорошо развитых ног, каждая из которых располагается на отдельном грудном сегменте и заканчивается крючковатым когтем. Благодаря этой особенности передвижения муравья могут происходить не только по горизонтальной, но и вертикальной поверхности. Фото муравья крупным планом представлено ниже.
От зависит метод их передвижения. Не все муравьи перемещаются пеша, некоторые виды имеют способность совершать прыжки. Есть также планирующие насекомые и муравьи-бегунки, способны образовывать мосты через водные преграды.
Лапки служат муравью не только для перемещения. Так передними ногами, оснащенными специальными щеточками, насекомое ухаживает за своими усиками. Шпоры, расположенные на задних конечностях, применяются для атак и защиты. А наличие мелких зазубрин, имеющихся на всех ногах, дает возможность насекомым перемещаться даже по отвесным гладким поверхностям. Примером этого могут служить , способные быстро бегать по стеклу.
Внутреннее строение
По-своему уникальны и внутренние органы муравья, которые расположены в брюшке. Так пищевод заканчивается не желудком, а так называемым зобом. Его насекомые используют для сбора пищи. При необходимости угостить своего сородича муравей отрыгивает часть еды из этого тайничка. Особенно это характерно для , которых еще называют бочками.
Нервная система
Нервная система насекомого включает в себя несколько связанных между собой ганглиев. Так надглоточный ганглий, выполняющий роль мозга, отвечает за мышление и поведение насекомых. Он гораздо крупнее по отношению к телу. Особенно больших размеров мозг имеет рабочий муравей, у особей женского пола он немного меньше, у самцов – самый маленький.
Система кровообращения
Кровью муравьев является прозрачная жидкость – гемолимфа. Гоняет ее по организму спинной сосуд – сердце. Оно представляет собой мускулистую трубку, которая проходит вдоль всей спины.
Система дыхания
Дыхательная система трахейного типа. Открытие трахей происходит наружу стигмами (дыхальцами), которые расположены на каждом сегменте брюшка (на стебельке у основания чешуйки).
Чем питаются муравьи
Еще одной особенностью этих мурашек является способность приспособления к среде обитания. В связи с чем, эти насекомые всеядны. В весенне-летний период пищу каждый день в муравейник поставляют рабочие муравьи. С приходом холодов в спячку впадают не все муравьиные семьи. Вследствие чего они вынуждены запастись продуктами заранее.
Пищу мурашки распределяют так:
- Матка кормится исключительно белком. Очень часто предназначенная для королевы пища поставляется рабочими муравьями в уже пережеванном виде.
- Рабочие муравьи имеют углеводный рацион питания. Сюда можно отнести мягкие части ягод и плодов, соки растений, их корни и семена. С особым удовольствием они едят медвяную росу, которая выделяется растением во время резкого изменения температурного режима. Еще одним излюбленным лакомством мурашек является сахарное молоко тли (падь). У она составляет большую часть рациона. Такая пища более питательна и легко усваивается.
- Появившиеся из куколки личинки отдают предпочтение белковой пище, которая содержится в останках мелких насекомых, а также в яйцах всевозможных вредителей. К примеру, домашние муравьи не прочь полакомиться даже хозяйскими продуктами: творогом, мясом, сыром или яйцами. Подрастающее муравьиное поколение не откажется и от домашних тараканов прусаков.
Продолжительность жизни
Крохотных созданий зависит от их функциональных обязанностей. Рабочие муравьи живут 1-3 года, причем более крупные виды насекомых живут дольше, нежели крохотные муравьи. Гораздо короче продолжительность жизни представителей этого семейства, обитающих в тропической местности, нежели у тех, кто живет в холодных регионах.
Интересно!
Зависит от его положения в муравьином сообществе. Самый продолжительный сон у матки.
Муравьиные самцы живут совсем немного – всего несколько недель. Поучаствовавших в спаривании особей могут уничтожить более сильные соплеменники, насекомые-хищники или любое мелкое животное.
Самым большим долгожителем муравьиной колонии является королева-матка, продолжительность жизни которой может достигать до 20 лет. Муравьи солдаты живут дольше рабочих особей. Еще дольше живут муравьи, проводящие большую часть своей жизни в муравейнике.
Сложность жизненного уклада муравьиной семьи удивляет даже специалистов, а для непосвященных вообще представляется чудом. Трудно поверить в то, что жизнь всего муравьиного сообщества и каждого отдельного его члена управляется только врожденными инстинктивными реакциями. Ученым пока не ясно, как происходит координация коллективных действий десятков и сотен тысяч жителей муравейника, каким образом муравьиная семья получает и анализирует информацию о состоянии окружающей среды, необходимую для поддержания жизнеспособности муравейника. Гипотеза, которая рассматривает эти вопросы с внешней по отношению к мирмекологии точки , используя идеи теории информации и управления, может показаться фантастической. Однако полагаем, что она имеет право на обсуждение.
Муравьи тщательно следят за состоянием своего жилища. Среднего размера муравейник состоит из 4-6 млн хвоинок и веточек. Ежедневно сотни муравьев переносят их сверху в глубь муравейника, а из нижних этажей – наверх. Так обеспечивается стабильный влажностный режим гнезда, и поэтому купол муравейника остается сухим после дождя, не гниет и не плесневеет.
Оригинально решают муравьи проблему разогрева муравейника после зимы. Теплопроводность стенок муравейника очень мала, и естественный прогрев весною занял бы очень долгое время. Для ускорения этого процесса муравьи приносят тепло внутрь муравейника на себе. Когда начинает пригревать солнце и с муравейника сходит снег, его жители выползают на поверхность и начинают “принимать солнечные ванны”. Очень быстро температура тела муравья повышается на 10-15 градусов, и он возвращается обратно в холодный муравейник, согревая его своим теплом. Тысячи муравьев, “принимающих” такие “ванны”, быстро поднимают температуру внутри муравейника.
Бесконечно разнообразие муравьев. В тропиках водятся так называемые бродячие муравьи, которые кочуют большими массами. На своем пути они уничтожают всё живое, и остановить их невозможно. Поэтому на жителей тропической Америки эти муравьи наводят ужас. При приближении колонны бродячих муравьев жители с домашними животными бегут из деревни. После прохода колонны через деревню в ней не остается ничего живого: ни крыс, ни мышей, ни насекомых. Двигаясь в колонне, бродячие муравьи соблюдают строгий порядок. По краям колонну охраняют муравьи-солдаты с огромными челюстями, в центре находятся самки и рабочие. Рабочие несут личинок и куколок. Движение продолжается весь световой день. На ночь колонна останавливается, и муравьи сбиваются в кучу. Для размножения муравьи временно переходят на оседлую жизнь, но строят не муравейник, а гнездо из собственных тел в форме шара, полого внутри, с несколькими каналами для входа и выхода. В это время матка начинает откладывать яйца. Рабочие муравьи ухаживают за ними и выводят из них личинок. Отряды муравьев-фуражиров время от времени выходят из гнезда за пищей для семьи. Оседлая жизнь продолжается до тех пор, пока личинки не подрастут. Тогда муравьиная семья опять двигается в путь.
О чудесах муравьиной семьи можно рассказать еще очень много, но вот каждый отдельный обитатель муравейника – это, как ни удивительно, просто мелкое суетливое насекомое, в действиях которого часто трудно найти какую-либо и цель.
Муравей перемещается по неожиданным траекториям, тащит в одиночку или в группе какие-нибудь грузы (кусок травинки, муравьиное яйцо, комочек земли и т.д.), но обычно трудно проследить за его работой от начала до результата. Более осмысленно выглядят его, так сказать, “трудовые макрооперации”: муравей сноровисто подхватывает травинку или кусочек хвои, включается в “групповую” переноску, умело и отчаянно сражается в муравьиных битвах.
Поражает не то, что из этого хаоса и, казалось бы, бесцельной суеты складывается многоликая и размеренная жизнь муравейника. Если с высоты сотни метров посмотреть на любое человеческое строительство, то картина будет очень схожа: там тоже сотни работников делают десятки на первый взгляд не связанных друг с другом операций, и в результате возникает небоскреб, домна или плотина.
Удивительно другое: в муравьиной семье не обнаруживается никакого “мозгового центра”, который управлял бы общими усилиями для достижения желаемого результата, будь то починка муравейника, добыча пищи или защита от врагов. Больше того, анатомия отдельного муравья – разведчика, работника или муравьиной матки – не позволяет поместить этот “мозговой центр” в отдельном муравье. Слишком малы физические размеры его нервной системы, и слишком велик объем программ и накопленных поколениями данных, необходимых для управления жизнедеятельностью муравейника.
Можно допустить, что отдельный муравей способен автономно на инстинктивном уровне выполнять небольшой набор “трудовых макроопераций”. Это могут быть и трудовые и боевые операции, из которых, как из элементарных кирпичиков, складывается трудовая и боевая жизнь муравейника. Но для жизни в муравьиной семье этого мало.
Для существования в своей среде обитания муравьиной семье необходимо уметь оценивать и собственное состояние, и состояние окружающей среды, уметь переводить эти оценки в конкретные задачи поддержания гомеостаза, устанавливать приоритеты этих задач, следить за их выполнением и в режиме реального времени перестраивать работу в ответ на внешние и внутренние возмущения.
Как муравьи делают это? Если принять допущение об инстинктивных реакциях, то достаточно правдоподобный алгоритм может выглядеть следующим образом. В живого существа в том или ином виде должно находиться нечто подобное таблице “ситуация – инстинктивный ответ на ситуацию”. В любой жизненной ситуации информация, поступающая от , обрабатывается нервной системой и “образ ситуации”, созданный ею, сравнивается с “табличными ситуациями”. При совпадении “образа ситуации” с какой-либо “табличной ситуацией” выполняется соответствующий “ответ на ситуацию”. Если совпадения нет – не корректируется или выполняется некоторый “дежурный” ответ. Ситуации и ответы в такой “таблице” могут быть обобщены, но и при этом ее информационный объем будет очень большим даже для выполнения относительно простых функций управления.
“Таблица” же, которая управляет жизнью муравейника и в которой перечислены варианты ситуаций трудовой деятельности и контактов с окружающей средой при участии десятков тысяч муравьев, становится просто необозримой, и для ее хранения потребовались бы колоссальные объемы “запоминающих устройств” нервной системы. Кроме того, время получения “ответа” при поиске в такой “таблице” также будет очень велико, так как его необходимо выбирать из необозримо большого набора схожих ситуаций. А в реальной жизни эти ответы надо получать достаточно быстро. Естественно, что путь усложнения инстинктивного поведения вскоре заводит в тупик, особенно в тех случаях, когда требуются инстинктивные навыки коллективного поведения.
Муравьи. "Пастух" и стадо "коров"
Для оценки сложности “таблицы инстинктивного поведения” посмотрим хотя бы, какие основные операции приходится выполнять муравьям-“животноводам” при уходе за тлями. Очевидно, что муравьи должны уметь отыскивать на листьях “богатые пастбища” и отличать их от “бедных”, чтобы вовремя и правильно перемещать тлей по растению. Они должны уметь распознавать опасных для тлей насекомых и знать способы борьбы с ними. При этом вполне возможно, что способы борьбы с разными врагами отличаются друг от друга, и это, естественно, увеличивает необходимый объем знаний. Важно также уметь опознавать самок тлей, чтобы в определенный момент (в начале зимы) переносить их в муравейник, располагать в специальных местах и обслуживать всю зиму. Весною же надо определить места их повторного расселения и организовать жизнь новой колонии.
Наверное, нет надобности продолжать – уже перечисленные операции дают представление об объеме знаний и умений, нужных муравью. При том надо учитывать, что все подобные операции – коллективные и в разных ситуациях могут выполняться разным количеством муравьев. Поэтому невозможно выполнять эту работу по жесткому шаблону и надо уметь адаптироваться к меняющимся условиям коллективного труда. Например, муравей-“животновод” должен знать не только, как ухаживать за тлями, но и как участвовать в коллективной жизни муравейника, когда и где работать и отдыхать, в какое время начинать и кончать рабочий день и т.д. Для координации действий десятков и сотен тысяч муравьев в безбрежном океане вариантов коллективной трудовой деятельности необходим уровень управления на порядки выше того, который возможен при инстинктивном поведении.
Элементарные интеллектуальные возможности появились у представителей животного мира Земли именно как способ обойти это принципиальное ограничение. Вместо жесткого выбора из “таблицы” стал использоваться метод построения “ответа” на возникающую ситуацию из относительно малого набора элементарных реакций. Алгоритм такого построения хранится в “памяти”, и специальные блоки нервной системы в соответствии с ним строят необходимый “ответ”. Естественно, что та часть структуры нервной системы, которая ответственна за реакции на внешние возмущения, существенно усложняется. Но такое усложнение окупается тем, что позволяет, не требуя нереально больших объемов нервной системы, практически неограниченно разнообра зить поведение особи и сообщества. Освоение нового типа поведения с этой точки зрения требует лишь добавления в “память” нового алгоритма формирования “ответа” и минимального объема новых данных. При инстинктивном же поведении возможности нервной системы быстро ставят предел такому развитию.
Очевидно, что перечисленные выше функции управления муравьиной семьей, необходимые для поддержания равновесия с окружающей средой и выживания, не могут выполняться на инстинктивном уровне. Они близки к тому, что мы привыкли называть .
Но доступно ли мышление муравью? По некоторым данным, его нервная система содержит всего около 500 тыс. нейронов. Для сравнения: в около 100 млрд нейронов. Так почему же муравейник может делать то, что он делает, и жить так, как он живет? Где размещается “мыслящий центр” муравьиной семьи, если в нервной системе муравья его разместить нельзя? Скажу сразу, что таинственные “психополя” и “интеллектуальная аура” в качестве вместилища этого “центра” здесь рассматриваться не будут. Будем искать реально существующие места возможного расположения такого “центра” и способы его функционирования.
Представим себе, что программы и данные гипотетического мозга достаточно большой мощности разбиты на большое количество малых сегментов, каждый из которых размещен в нервной системе одного муравья. Для того чтобы эти сегменты могли работать как единый мозг, надо соединить их линиями связи и в набор программ мозга включить программу-“надзирателя”, которая следила бы за передачей данных между сегментами и обеспечивала нужную последовательность их работы. Кроме того, при “построении” такого мозга надо учесть то, что некоторые муравьи – носители программных сегментов – могут умереть от старости или погибнуть в тяжелой борьбе за выживание, а с ними погибнут и расположенные в них сегменты мозга. Чтобы мозг был устойчив к таким потерям, необходимо иметь резервные копии сегментов.
Программы самовосстановления и оптимальная стратегия резервирования позволяют, вообще говоря, создать мозг очень высокой надежности, который сможет работать продолжительное время, несмотря на военные и бытовые потери и смену поколений муравьев. Такой “мозг”, распределенный по десяткам и сотням тысяч муравьев, будем называть распределенным мозгом муравейника, центральным мозгом или супермозгом. Надо сказать, что в современной технике системы, сходные по структуре с супермозгом, не новинка. Так, американские университеты уже используют тысячи компьютеров, подключенных к Интернету, для решения актуальных научных задач, требующих больших вычислительных ресурсов.
Кроме сегментов распределенного мозга в нервной системе каждого муравья должны быть заложены и программы “трудовых макроопераций”, выполняемых по командам этого мозга. Состав программы “трудовых макроопераций” определяет роль муравья в иерархии муравейника, а сегменты распределенного мозга работают как единая система, как бы вне сознания муравья (если бы оно у него было).
Итак, предположим, что сообщество коллективных насекомых управляется распределенным мозгом, причем каждый член сообщества является носителем частицы этого мозга. Другими словами, в нервной системе каждого муравья находится небольшой сегмент центрального мозга, который является коллективной собственностью сообщества и обеспечивает существование этого сообщества как целого. Кроме того, в ней находятся программы автономного поведения (“трудовые макрооперации”), которые являются как бы описанием его “личности” и которые логично назвать собственным сегментом. Так как объем нервной системы каждого муравья мал, то и объем индивидуальной программы “трудовых макроопераций” тоже получается малым. Поэтому такие программы могут обеспечивать самостоятельное поведение насекомого только при выполнении элементарного действия и требуют обязательного управляющего сигнала после его окончания.
Говоря о супермозге, нельзя обойти проблему связи между его сегментами, расположенными в нервной системе отдельных муравьев. Если мы принимаем гипотезу распределенного мозга, то должны учитывать, что для управления системой муравейника необходимо быстро передавать большие объемы информации между сегментами мозга и отдельные муравьи должны часто получать управляющие и корректиру ющие команды. Однако многолетние исследования муравьев (и других коллективных насекомых) не обнаружили сколько-нибудь мощных систем передачи информации: найденные “линии связи” обеспечивают скорость передачи порядка единиц бит в минуту и могут быть только вспомогательными.
Сегодня мы знаем лишь один канал, который мог бы удовлетворить требованиям работы распределенного мозга: электромагнитные колебания в широком диапазоне частот. Хотя до настоящего времени такие каналы не найдены ни у муравьев, ни у термитов, ни у пчел , из этого не следует, что они отсутствуют. Правильнее говорить о том, что использованные методики исследования и аппаратура не позволили обнаружить эти каналы связи.
Современная техника, например, дает примеры совершенно, неожиданных каналов связи в хорошо, казалось бы, изученных областях, которые можно обнаружить только специально разработанными методами. Хорошим примером может быть улавливание слабых звуковых колебаний, или, попросту говоря, подслушивание. Решение этой задачи искали и находили и в архитектуре древнеегипетских храмов, и в современных направленных микрофонах, но с появлением лазера неожиданно выяснилось, что есть еще один надежный и высококачественный канал приема весьма слабых акустических колебаний. Причем возможности этого канала далеко превосходят все, что считалось в принципе возможным, и кажутся сказочными. Оказалось, что можно хорошо слышать безо всяких микрофонов и радиопередатчиков все, что вполголоса говорится в закрытой комнате, и делать это с расстояния 50-100 метров. Для этого достаточно, чтобы в комнате было застекленное окно. Дело в том, что звуковые волны, возникающие при разговоре, вызывают колебания оконных стекол с амплитудой в микроны и доли микрона. Лазерный же луч, отражаясь от колеблющегося стекла, дает возможность фиксировать эти колебания на приемном устройстве и после соответствующей математической обработки превращать в звук. Этот новый, ранее неизвестный метод регистрации колебаний позволил улавливать неощутимо слабые звуки в условиях, когда их обнаружение казалось принципиально невозможным. Очевидно, что эксперимент, опирающийся на традиционные способы поиска электромагнитных сигналов, не смог бы обнаружить этот канал.
Почему же нельзя предположить, что распределенный мозг использует какой-то неизвестный нам способ передачи информации по каналу электромагнитных колебаний? С другой стороны, в повседневной жизни можно найти примеры передачи информации по каналам, о физической основе которых ничего не известно. Я не имею в виду исполняющиеся предчувствия, эмоциональную связь между близкими людьми и другие подобные случаи. Вокруг этих явлений, несмотря на их безусловное существование, накопилось столько мистических и полумистических фантазий, преувеличений, а иногда и просто обмана, что я не решаюсь ссылаться на них. Но известно, например, такое распространенное явление, как ощущение взгляда. Практически каждый из нас может случаи, когда он оборачивался, почувствовав чей-нибудь взгляд. Сомнений в существовании информационного канала, который ответственен за передачу ощущения взгляда нет, но нет и объяснения, каким образом некоторые особенности состояния психики смотрящего передаются тому, на кого он смотрит. Электромагнитное поле мозга, которое могло бы быть ответственно за этот информационный обмен, практически неощутимо при удалении на десятки сантиметров, а ощущение взгляда передается на десятки метров.
То же можно сказать о таком общеизвестном явлении, как . Гипнотические способности имеет не только человек: известно, что некоторые змеи используют при охоте. При гипнозе также происходит передача информации от гипнотизера к гипнотизируемому по каналу, который хотя и безусловно существует, но природа которого неизвестна. Причем если гипнотизер-человек использует иногда голосовые приказы, то змеи звуковой сигнал не используют, но их гипнотическое внушение от этого не теряет силу. И никто не сомневается в том, что можно почувствовать чужой взгляд, и не отрицает реальности гипноза из-за того, что в этих явлениях каналы передачи информации неизвестны.
Все сказанное выше можно рассматривать как подтверждение допустимости предположения о существовании канала передачи информации между сегментами распределенного мозга, физическая основа которого нам еще неизвестна. Так как наука, техника и практика повседневной жизни дают нам неожиданные и неразгаданные примеры разнообразных информационных каналов, то и в предположении о наличии еще одного канала неустановленной природы нет, видимо, ничего необычного.
Для объяснения того, почему линии связи у коллективных насекомых еще не обнаружены, можно привести много различных причин – от вполне реальных (недостаточная чувствительность исследовательской аппаратуры) до фантастических. Проще, однако, допустить, что эти линии связи существуют, и посмотреть, какие следствия из этого вытекают.
Прямые наблюдения за муравьями подтверждают гипотезу о внешних командах, управляющих поведением отдельного насекомого. Типичным для муравья является неожиданное и резкое изменение направления движения, которое нельзя объяснить никакими видимыми внешними причинами. Часто можно наблюдать, как муравей на мгновенье останавливается и неожиданно поворачивает, продолжая движение под углом к прежнему направлению, а иногда и в обратную сторону. Наблюдаемую картину можно правдоподобно истолковать, как “остановку для приема управляющего сигнала” и “продолжение движения после получения приказа о новом направлении”. При выполнении какой-либо трудовой операции муравей может (правда, это случается заметно реже) прервать ее и либо перейти к другой операции, либо двигаться в сторону от места работы. Такое поведение также напоминает реакцию на внешний сигнал.
Очень интересен с точки зрения гипотезы супермозга феномен так называемых ленивых муравьев. Наблюдения показывают, что не все муравьи в семье являются образцами трудолюбия. Оказывается, примерно 20% муравьиной семьи практически не принимает участия в трудовой деятельности. Исследования показали, что “ленивые” муравьи – это не муравьи на отдыхе, которые после восстановления сил включаются в работу. Оказалось, что если удалить из семьи заметную часть работающих муравьев, то соответственно повышается темп работы оставшихся “работников”, а “ленивые” муравьи в работу не включаются. Поэтому их нельзя считать ни “трудовым резервом”, ни “отдыхающими”.
Сегодня предложено два объяснения существования “ленивых” муравьев. В первом случае предполагается, что “ленивые” муравьи – это своеобразные “пенсионеры” муравейника, состарившиеся муравьи, неспособные к активной трудовой деятельности. Второе объяснение еще проще: это муравьи, которые почему-то не хотят работать. Так как других, более убедительных объяснений нет, считаю, что имею право на еще одно предположение.
Для любой распределенной системы обработки информации – а супермозг является разновидностью такой системы – одна из основных проблем – обеспечение надежности. Для супермозга эта задача жизненно важна. Основу системы обработки информации представляет программное обеспечение, в котором закодированы принятые в системе методы анализа данных и принятия решений, что справедливо и для супермозга. Наверняка его программы сильно отличаются от программ, написанных для современных вычислительных систем. Но в том или ином виде они должны существовать, и именно они ответственны за результаты работы супермозга, т.е. в конечном счете за выживание популяции.
Но, как уже говорилось выше, программы и данные, которые ими обрабатываются, не хранятся в одном месте, а разбиты на множество сегментов, расположенных в отдельных муравьях. И даже при очень большой надежности работы каждого элемента супермозга результирующая надежность системы получается невысокой. Так, например, пусть надежность работы каждого элемента (сегмента) равна 0,9999, т.е. сбой в его работе возникает в среднем один раз на 10 тысяч обращений. Но если вычислить суммарную надежность системы, состоящей, скажем, из 60 тысяч таких сегментов, то она оказывается меньше 0,0025, т.е. уменьшается примерно в 400 раз по сравнению с надежностью отдельного элемента!
Разработаны и используются в современной технике различные способы повышения надежности больших систем. Например, резко повышает надежность дублирование элементов. Так, если при той же, что и в приведенном примере, надежности элемента его дублировать, то общее количество элементов возрастет вдвое, но зато суммарная надежность системы возрастет и станет практически равной надежности отдельного элемента.
Если вернуться к муравьиной семье, то нужно сказать, что надежность функционирования каждого сегмента супермозга значительно ниже приведенных величин, хотя бы из-за малого срока жизни и большой вероятности гибели носителей этих сегментов – отдельных муравьев. Поэтому многократное дублирование сегментов супермозга является обязательным условием его нормального функционирования. Но кроме дублирования есть и другие способы повышения суммарной надежности системы.
Дело в том, что система в целом не одинаково реагирует на сбои в разных ее элементах. Есть сбои, которые фатально сказываются на работе системы: например, когда неправильно срабатывает программа, обеспечивающая нужный порядок обработки информации, или когда из-за сбоя теряются уникальные данные. Но если сбой происходит в сегменте, результаты работы которого можно каким-либо способом исправить, то эта неполадка приводит только к некоторой задержке в получении результата. Кстати сказать, в реальных условиях большинство результатов, получаемых супермозгом, относится именно к этой группе и лишь в редких случаях сбои приводят к тяжелым последствиям. Поэтому надежность системы можно увеличить еще и повышением, так сказать, “физической надежности” сегментов, в которых располагаются особо важные и невосстанавливаемые программы и данные.
Исходя из сказанного, можно предположить, что именно “ленивые” муравьи являются носителями специализированных, особо важных сегментов распределенного мозга. Эти сегменты могут иметь различное назначение, например выполнять функции поддержания целостности мозга при гибели отдельных муравьев, собирать и обрабатывать информацию с сегментов нижнего уровня, обеспечивать правильную последовательность выполнения задач супермозга и т. п. Освобождение от трудовой деятельности обеспечивает “ленивым” муравьям повышенную безопасность и надежность существования.
Такое предположение о роли “ленивых” муравьев подтверждается экспериментом, проведенным в Стэнфордской лаборатории известного физика, лауреата Нобелевской премии И. Пригожина, который занимался проблемами самоорганизации и коллективной деятельности. В этом эксперименте муравьиную семью разделили на две части: в одну вошли только “ленивые” муравьи, а в другую – “работники”. Через некоторое время выяснилось, что “трудовой профиль” каждой новой семьи повторяет “трудовой профиль” исходной семьи. Оказалось, что в семье “ленивых” муравьев только каждый пятый остался “ленивым”, а остальные активно включились в трудовую деятельность. В семье же “работников” та же пятая часть стала “ленивыми”, а остальные остались “работниками”.
Результаты этого изящного эксперимента легко объяснить с точки зрения гипотезы распределенного мозга. По-видимому, в каждой семье часть ее членов делегируется для хранения особо важных сегментов распределенного мозга. Вероятно, по структуре и строению нервной системы “ленивые” муравьи не отличаются от “работников” – просто в какой-то момент в них загружаются нужные сегменты. Именно это и произошло с новыми семьями в описанном выше эксперименте: центральный мозг выполнил нечто похожее на загрузку нового программного обеспечения, и этим было закончено оформление муравьиных семей.
Уже сегодня можно строить достаточно правдоподобные гипотезы о структуре распределенного мозга, топологии сети, объединяющей его сегменты, и о базовых принципах резервирования внутри нее. Но главное не в этом. Главное в том, что концепция распределенного мозга позволяет непротиворечиво объяснить основную загадку муравейника: где и как хранится и используется управляющая информация, определяющая сверхсложную жизнь муравьиной семьи.
Доктор технических наук В. ЛУГОВСКОЙ., журнал “Наука и жизнь” №3, 2007 год
Муравьи - удивительные существа, они очень сильные и способны поднимать вес, превышающий их собственный в десятки раз. Мы знаем, что муравьи являются социальными насекомыми и живут в колониях. Но знаете ли вы, что колонии муравьев могут быть настолько большим, что охватывают тысячи километров? Знаете ли вы, что ?
В этой статье вы откроете для себя самые удивительные и интересные факты о муравьях, которые позволяют лучше понять этих насекомых.
Анатомия
1. Муравьи не имеют ушей
Муравьи не имеют традиционных ушей, как люди. Они «слышат» путем измерения вибраций. Специальные датчики на коленях и лапках помогают им уловить вибрации окружающей их среды.
2. Муравьи имеют самый большой среди насекомых мозг
Мозг муравьев состоит из 250 000 клеток, что больше, чем у других насекомых. Некоторые крупные колонии муравьев могут иметь столько клеток мозга, как средне статистический человек.
3. Муравьи имеют два желудка
Муравьи, как правило, имеют два желудка. Один желудок используется для индивидуального питания насекомого, в то время как другой предназначен для обмена пропитанием с другими муравьями колонии.
Размножение
4. У муравьев есть однополое размножение
Некоторые виды муравьев размножаются путем клонирования с помощью процесса, известного как партеногенез. Этот тип размножения характеризуется появлением самок из неоплодотворенных яиц (самцы не принимают в этом участия). Муравьи могут также размножаться половым путем.
Колонии
5. Муравьи создают неправдоподобно большие колонии
Считается, что самая большая колония муравьев имеет площадь более 5800 км. Она настолько велика, что охватывает несколько стран, включая Италию, Францию и Испанию. Колония состоит из аргентинского вида муравьев (Linepithema humile ).
Другие интересные факты
6. Муравьи могут становится"зомби"
Самые крупные живые муравьи имеют длину примерно от 3 до 5 сантиметров. Некоторые окаменелые останки муравьев еще больше, достигая до 6 сантиметров в длину.
8. Муравьи могут выжить во влажных условиях, связанных с наводнениями
Муравьи дышат через специализированные органы, называемые дыхальцами. Когда их окружающая среда становится слишком влажной, из-за наводнения или другого стихийного бедствия, они способны закрыть свои дыхальца, чтобы выжить. Эти насекомые даже могут находится под водой в течение определенного периода времени.
9. Продолжительности жизни
В то время как стандартная продолжительность жизни муравьев составляет 30-90 дней, некоторые муравьиные матки могут жить в течение 20-30 лет.
10. Мудрые муравьи
Знаете ли вы, что муравьи были восхвалены в Библии? Притча 6:6 гласит: "Пойди к муравью, ленивец, посмотри на действия его, и будь мудрым." Муравьи используются в качестве примеров трудолюбия и усердия.
11. Некоторые муравьи прозрачные
Некоторые муравьи имеют прозрачные тела. Они способны приобретать цвет любой пищи, которой питаются.
12. Муравьи могут защитить себя с помощью кислоты
Некоторые виды муравьев могут распылять кислоту, чтобы избавиться от нежелательных конкурентов в их среде обитания или для защиты от потенциальных угроз.
Способны создать сложные дома с туалетом для себя, использовать лекарства для борьбы с инфекцией, а также учить друг друга новым навыкам.
Вот 15 очень интересных и удивительных фактов про этих насекомых:
1. Муравьи не всегда трудолюбивы.
Несмотря на свою репутацию преданных рабочих, не все муравьи в семье тягают груз, превышающий свой собственный вес.
В одном исследовании одного муравейника в Северной Америке, ученные следили за муравьями из рода Temnothorax. Они обнаружили, что почти четверть муравьев вели себя довольно пассивно за весь период исследования. Пока ученные не могут сказать, почему некоторые муравьи бездействуют.
2. Муравью с удовольствием едят фаст фуд.
В 2014-м году ученные оставили на тротуаре Нью-Йорка хот-доги, картофельные чипсы и другие продукты из фаст фуда, чтобы понаблюдать, сколько человеческой еды муравьи захотят съесть.
Спустя сутки они вернулись на место и взвесили оставшуюся еду, чтобы понять, сколько съели муравьи. Они посчитали, что за год муравьи (и другие насекомые) съедают почти 1 000 кг выброшенной еды.
3. Иногда муравьи выращивают личинок бабочек. Голубянка и мирмик.
Голубянка алькон, дневная бабочка из семейства голубянок, иногда обманывает мирмиков - род мелких земляных муравьев - чтобы те выращивали за них детенышей.
Муравьи порой путают запах личинки гусеницы с запахом своего муравейника, считая, что личинка является частью их семьи. Они забирают личинку с собой в муравейник, снабжают ее нужной пищей и охраняют ее для чужеродных видов.
4. Муравьи делают туалеты в своих муравейниках.
Муравьи не просто ходят туда-сюда. Некоторые справляют нужду вне муравейника в кучу, называемую мусорной ямой.
Другие, как обнаружили недавно ученые, облегчаются в специальных местах внутри своего дома.
Как пример можно взять черных садовых муравьев, которые, несмотря на то, что оставляют мусор и мертвых насекомых вне муравейника, держат свои отходы жизнедеятельности в углах своих домов - месте, которое похоже на маленькую уборную.
5. Муравьи принимают лекарства, когда болеют.
В недавнем исследовании ученые обнаружили, что, когда муравьи сталкиваются со смертельным грибком, они начинают употреблять пищу богатую свободными радикалами, которая помогает бороться с инфекцией.
6. Муравьи могут напасть на добычу во множество раз больше и тяжелее их самих.
Кусачие муравьи из рода Leptogenys, подсемейства Понерины, в основном питаются многоножками, которые во много раз превышают размер самих муравьев. Нужно около дюжины этих насекомых, чтобы сразить многоножку, а сам процесс нападения довольно интересно наблюдать.
Муравьи нападают на многоножку (видео)
7. Муравьи могут чувствовать неуверенность в себе.
Исследование черных садовых муравьев, проведенное в 2015-м году, показало, что муравьи могут понимать, что они чего-то не знают.
Когда ученые поставили муравьев в непредсказуемую ситуацию, вероятность, что насекомые оставят феромонный след для своих сородичей, чтобы те пошли за ними, существенно снижалась.
По словам ученых это означает, что насекомые понимают, что они не уверены, в правильном ли направлении идут.
8. Почему муравьи ходят по воде?
Вы замечали, что во время дождя муравьи не тонут? Они настолько легкие, что даже не могут разорвать поверхностное натяжение воды. Муравьи просто ходят по ней.
9. У муравьев самые быстрые рефлексы во всем животном королевстве.
Муравьи рода Odontomachus ("сражающийся зубами") являются хищниками и обитают в Южной и Центральной Америке. Они могут захлопнуть свою челюсть со скоростью 233 км/час.
10. У самцов муравьев нет отца.
Самцы появляются из неоплодотворенных яиц и имеют только один набор хромосом, который они получают от своей матери. Самки муравьев, с другой стороны, появляются из оплодотворенных яиц и имеют два набора хромосом: один от матери, другой от отца.
11. Муравьи считают свои шаги.
В ветряных пустынных просторах муравьи после поиска пищи идут домой, считая свои шаги, чтобы вернутся обратно в муравейник.
В 2006-м году было проведено исследование, которое доказало, что муравьи делают одинаковые шаги, даже если им удлинить или укоротить ноги.
12. Муравьи побывали в космосе.
В 2014-м году группа муравьев прибыла на Международную космическую станцию для исследования того, как насекомые ведут себя в условиях микрогравитации. Несмотря на непривычную окружающую обстановку, муравьи продолжали работать вместе, исследуя свою территорию.
13. Муравьи - единственные нечеловекообразные животные, способные учить.
В исследовании 2006-го года, ученные обнаружили, что мелкие муравьи из вида Temnothorax albipennis ведут других муравьев своего вида к еде, тем самым показывая им путь, чтобы те запомнили. По словам ученых, это первый случай, когда одно нечеловекообразнее животное обучает другого.
14. Муравьи могут играть роль пестицидов.
Ученые провели детальный обзор более 70-ти исследований, в которых анализировалась возможность использования муравьев-портных для защиты сельхозугодий. Они обнаружили, что эти насекомые отгоняют вредителей от цитрусовых и других плодовых культур.
Муравьи-портные живут в гнездах, которые строят в деревьях. Исследование показало, что сады с деревьями, в которых живут муравьи-портные, имели меньше повреждений, что в свою очередь приводило к богатым урожаям.
15. Муравьи могут клонировать друг друга.
Муравьи-амазонки размножаются с помощью клонирования. В колонии муравьев нет самцов, и ученые так и не нашли их, но вместо этого они обнаружили, что вся колония этих муравьев состоит из клонов королевы.
Огненному муравью вида Solenopsis invicta (непобедимый) ни один враг не кажется слишком большим. Они нападают на куриц, молодых косуль, а при случае и на любопытствующих натуралистов. Крошечные насекомые, не превышающие трех миллиметров, так же агрессивны, как и непредсказуемы. Их кажущаяся бесцельной возня вокруг муравейника может перейти в волны хорошо скоординированных атак. В США огненные муравьи стали настоящим бичом фермеров. Из-за их крайне болезненных укусов ежегодно попадают в больницы более 30 тысяч человек.
И образ жизни огненных муравьев нетипичный: у них не одна матка, а 40, а то и 60. Такие суперколонии почти невозможно разрушить. Если одна из маток погибает от ядохимикатов, вылитых на муравейник разъяренным фермером, выжившие работницы переходят к другой.
Сестра, моя кровиночка
Такая модель муравьиного сообщества противоречит теории эволюционных биологов. Ведь получается, что большинство работниц надрываются, чтобы содержать кладку, которая им генетически чужда. Законы эволюции исключают такое благородство.
Согласно эволюционной теории, в муравьином государстве все яйца откладывает одна-единственная матка. Большинство ее дочерей вырастают в работниц. Лишь немногим молодым маткам предназначено однажды вылететь и образовать новые колонии. Сами работницы не дают потомства.
Такова теория. Однако в суперколониях с многочисленными матками семейные союзы перемешаны. Работницы и кладки, которые они выращивают, в лучшем случае находятся в очень дальнем родстве. И все-таки они упорно продолжают делать свою работу и бесстрашно нападают на любое существо, которое приближается к колонии.
Причем, огненные муравьи не единственные, кто ведет себя, казалось бы, вопреки теории эволюции.
В некоторых муравьиных племенах одна-единственная матка спаривается с 20 самцами. В других матка совокупляется один лишь раз - она откладывает в теле запас спермы, которым обходится в течение всей жизни. И все ее дочери имеют одного и того же отца.
Если же матка предпочитает многомужество, возникает племя полусестер. И, казалось бы, для работниц выгоднее рожать собственное потомство - так они могут распространить гораздо больше генов. Почему же они отказываются от этого?
Возможно, потому, что не могут иначе. У некоторых видов распределение труда в колониях закреплено настолько, что муравьи навек обречены выполнять одну лишь функцию - почти как клетки тела. Муравьи живут как единый суперорганизм. В нем царит нечто вроде вынужденного мира, которым окончилась длинная череда конфликтов.
Склоняюсь пред силой аромата
История муравьев - это история борьбы за выживание. В последние годы исследователи насекомых обнаружили в тропиках маленькие колонии, где происходят постоянные распри. У них большинство работниц также откладывают яйца. Здесь то и дело происходят ритуальные поединки, при которых противники дерутся друг с другом своими антеннами за право отложить больше яиц в общую кладку.
Так было и в давние эпохи муравьиной эволюции. В колониях, где матка не обладает монополией на яйцекладку, царит хаос, идут непрерывные стычки из-за прав на продолжение рода. Муравьи затрачивают на соперничество больше времени, чем на работу. А когда кладка наконец завершена, некоторые стремятся сожрать яйца соперников.
Эти древнейшие муравьи все еще живут при многоступенчатой иерархии.
Работницы индийского вида Herpengathos saltator даже источают особый букет ароматов, который показывает их статус: муравьи высших рангов могут выделять редкие молекулы смеси углеводородов. Чем сложнее ароматический состав, тем больше преимуществ при откладывании яиц. Когда шествует такое душистое насекомое, низшие ранги отступают и сгибаются в поклоне. Ведут себя почти как приматы.
В больших муравьиных племенах время, потребное на выявление статуса всех обитателей колонии, возрастает до абсурда. Поэтому виды, до сих пор предпочитающие сложную иерархию, живут маленькими группами. Колонии муравьев крошечного вида Leptothorax, например, состоят из десяти или ста членов и умещаются в одной вишневой косточке.
Работа, равенство и братство
Все другие виды в ходе эволюции отказались от иерархии. Когда-то они делегировали для кладки яиц матку, которая только считается главной царицей, но фактически ничего не решает. А каста работниц отказалась от продолжения рода и тем самым от соперничества в пользу своих плодовитых сестер.
Так в муравейники вернулись спокойствие и рабочая дисциплина. Инстинкт равноправных существ запрограммирован на всеобщее благо. И это сразу принесло необычайный успех. Колонии, свободные от внутренних распрей, вырастают до колоссальных размеров. Муравьи-солдаты миллионными колоннами патрулируют окрестности империи и уничтожают все, что не пускается наутек.
Успех равноправия основан на простом рецепте: матка, лучше всего охраняемая внутри колонии, может спокойно заниматься продолжением рода. И абсолютно неважно, сколько работниц обслуживают ее потребности, сколько телохранителей гибнет на подступах к родильному отделению.
Каждое утро сотни тысяч муравьев североафриканского вида Catagiyphis bicolor выползают из своего жилища в знойной Сахаре, чтобы разыскивать для колонии мертвых насекомых. Путь далек и опасен, большинство из них становятся добычей пауков и хищных птиц. Иногда они притаскивают на себе пищу, в 20 раз превышающую их собственный вес. В среднем эти муравьи живут одну неделю. Но жертва их сполна вознаграждается тем, что матка деловито и сосредоточенно трудится над распространением их генов. Жизнь - это смена поколений, и обеспечивается она всеми возможными средствами. Одно из них - братоубийство. Самцы муравьев родственны с самками всего лишь на 25 процентов, у них нет отцов, поскольку появляются самцы из неоплодотворенных яиц. Случается, что матка производит слишком много братьев, и тогда самоотверженные сестры убивают сотню-другую мужских личинок. Богатые белком личинки скармливаются женским отпрыскам.
Такие облавы - удар по матке. Для нее гибель мужских личинок - утрата, так как она состоит в одинаковом родстве и с дочерьми, и с сыновьями. К тому же сын тоже несет в мир наследственность матери: однажды он оплодотворит молодую матку другого государства и станет отцом целой колонии.
Нужна свежая кровь
Кроме того, в муравейнике, где все муравьи сестры и братья, разводятся тысячи тунеядцев. Когда муравьиная колония переезжает на новую квартиру, сторонний наблюдатель сможет вволю посмеяться: помимо собственных личинок и куколок работницы тащат целый зоопарк клещей, тараканов, пауков, чешуйниц, жуков и мух, которые выдают себя за друзей муравейника и кормятся от него.
Жуку атемелес, например, удалось раскрыть химический код желез, при помощи которого муравьи семейства Formica опознают друг друга. С тех пор ему не о чем заботиться. Атемелес располагает целым арсеналом желез, благодаря которым он легко подделывает запах своих кормильцев; большего не требуется. Муравьи сами заносят дармоеда в святая святых - инкубатор, где вызревают личинки колонии. Здесь наглец обустраивается с комфортом: отдыхает, чистится и кормится - пожирает личинки.
Специализация как высший вид демократии
Некоторые виды муравьев, в том числе муравьи-листорезы, распространенные в Америке, отважились на это. И создали самые высокоразвитые на Земле сообщества насекомых.
Муравьи-листорезы питаются определенным грибом, который они выращивают в подземных "оранжереях" и удобряют листвой. Это высокоэффективное хозяйство обслуживается специализированным персоналом: одни муравьи обирают листья и измельчают их; другие тянут частички листьев домой в сопровождении эскорта огромных солдат с мощными челюстями, способными прокусить кожу человека или животного. На листьях сидят маленькие муравьи, защищающие конвой от мух-горбаток, которые пытаются отложить яйца в теле беззащитных носильщиков.
Яичники работниц давно захирели, так как не использовались с незапамятных времен. Поэтому на благо колонии матка спаривается со многими самцами. Она постепенно разбавляет генетические сообщества, все члены колонии приобретают одинаковую степень родства. Специалисты называют это "генетической гармонизацией". Работницам нет смысла стараться превзойти сестер. В колонии царит мир и порядок. И объединяет всех главная стратегия - рост муравейника любой ценой.
Это шаг от обычного муравьиного государства к суперорганизму. Личных интересов больше не существует, муравьи могут выиграть только все вместе. Их лозунг: все для колонии. Их хорошо защищенная матка достигает огромного возраста для насекомого: до 20 лет. За это время она может произвести 150 миллионов работниц и, по меньшей мере, 10 000 молодых маток и самцов. Примерно 10, а то и 50 молодых маток основывают новые колонии.
Каждая молодая матка, вылетающая, чтобы основать новую колонию, в качестве приданого берет с собой немного грибной ткани.
Валентина Богомолова
