Как муравьи строят гнезда, работая как «умная машина»

В тропических лесах северной Австралии обитают необычные насекомые — муравьи-портные. Вместо привычных подземных нор они строят свои жилища на верхушках деревьев, создавая полые шары из скрепленных листьев. В процессе строительства муравьи превращают себя в живые инструменты, соединяясь в цепочки, а затем сшивают края листьев шелковыми нитями, которые вырабатывают их личинки.

В новом исследовании, опубликованном в журнале Current Biology, ученые из группы профессора Офера Фейнермана (Институт Вейцмана) изучили этот процесс с помощью 52 синхронизированных 4K-камер. Исследователи наблюдали, как колония создает «грузики» и «молнии», решая сложные архитектурные задачи без ошибок, что указывает на наличие развитых когнитивных способностей.

Поиски в австралийских лесах

Чтобы изучить поведение муравьев, исследователям пришлось перевезти целую колонию в лабораторные условия. Профессор Фейнерман и доктор Эхуд Фонио отправились в австралийский Таунсвилл. «Каждая колония может занимать десятки гнезд на высоте десятков метров, — поясняет профессор Фейнерман. — Но есть лишь одна матка, без которой колония не выживет. Найти ее — задача не из легких». Ученые сосредоточились на молодых колониях в новых районах, где деревья ниже, а гнезда компактнее.

Работа была непростой: муравьи-портные агрессивны, кусаются и выделяют кислоту, поэтому исследователям приходилось работать в костюмах пчеловодов. Местные жители, видя команду в защитном обмундировании, часто просили избавить их от «нашествия» муравьев, что иногда приводило к неожиданным полевым экспедициям прямо во дворах домов.

Инженерные секреты «живых инструментов»

Вернувшись в лабораторию, группа под руководством Гади Троцки и Михаль Ройтман спроектировала специальную арену, имитирующую ветку с искусственными листьями. Наблюдения показали, что муравьи используют два типа инструментов: «молнии» и «грузики».

Молнии: муравьи соединяются в цепочки между листьями, постепенно подтягивая их друг к другу. Процесс начинается у основания, где расстояние меньше, и продвигается к краям, подобно застежке-молнии.
Грузики: цепочки муравьев, свисающие с краев листьев, помогают сгибать их вниз под нужным углом.

Интересно, что муравьи безошибочно определяют направление изгиба листа в зависимости от его расположения. «Мы ожидали, что при определенных углах они запутаются, пытаясь тянуть листья в разные стороны, но этого не произошло, — отмечает профессор Фейнерман. — Они всегда сначала фиксируют одну пару листьев, а затем пристегивают к ней остальные, обеспечивая единство конструкции».

Групповой интеллект или локальная эффективность?

Ученые до сих пор спорят, что именно управляет этим процессом. Одной из гипотез является обмен феромонами, координирующий действия особей. Другая версия предполагает, что это результат групповой динамики: когда одна пара листьев соединена, рабочие особи освобождаются для следующего этапа. Не исключено и то, что муравьи просто следуют принципам локальной эффективности, где каждое действие требует минимальных усилий, создавая «эффект домино».

Почему же гнезда всегда имеют форму полых шаров? Ответ кроется в геометрии. Листья имеют эллиптическую форму, и при скреплении их краев законы математики неизбежно формируют шар. Такая структура обладает высокой жесткостью и устойчивостью к смятию, что критически важно в условиях тропического леса, а также обеспечивает достаточно внутреннего пространства для жизни колонии.

«Сейчас мы проводим эксперименты, намеренно вырезая листья в формах, затрудняющих создание гнезда, — заключает профессор Фейнерман. — Тем не менее, колония раз за разом находит решение. Это доказывает, что их коллективная воля и социальное поведение закодированы на уровне высокоразвитых когнитивных способностей».