Корабль из муравьев почти непотопляем

Недавно американские ученые исследовали способность огненных муравьев создавать корабли и пересекать на них реки и озера. Дело в том, что эти насекомые строят суда из… самих себя. Масса рабочих, сцепляясь друг с другом, образует что-то вроде плота, который не тонет. Долгое время было не понятно, почему. Но все оказалось очень просто.

Фото: Фото: AP

То, что муравьи являются замечательными строителями и архитекторами, а также охотниками, скотоводами и земледельцами, знает каждый школьник. Однако недавно выяснилось, что эти насекомые также великолепные мореходы. Причем самое интересное заключается в том, что в морских путешествиях муравьи являются как экипажем судна, так и самим кораблем. Проще говоря, они строят его из своих тел.

Собственно говоря, подобное поведение муравьев уже давно было подмечено биологами. Известно, что каждый год целые колонии огненного муравья (Solenopsis invicta), обитающего как в Северной, так и в Южной Америке при паводках, вызванных сезоном дождей, образуют из своих тел что-то вроде больших плотов и бодро передвигаются по затопленным территориям аки посуху. Кроме того, некоторые подобные живые "суда" сплавляются вниз по рекам на многие сотни и даже тысячи километров.

Внешне муравьиный корабль выглядит как огромная лепешка, состоящая из миллионов насекомых, сцепившихся друг с другом лапками и челюстями. Многие члены "команды" этого судна даже на плаву не расстаются с личинками и яйцами, которые они стараются держать повыше (сырость молодому поколению, как известно, совсем не полезна). Другие "путешественники" прихватывают с собой запасы еды и строительный материал, который может пригодиться на новом месте. В центре плота имеется небольшое возвышение, где находится царица под охраной ее "личной гвардии", состоящей из наиболее крупных и агрессивных рабочих. Словом, это зрелище весьма увлекательное и завораживающее.

Итак, тот факт, что муравьи время от времени устраивают водные походы, известен многим энтомологам. Однако до недавнего времени они не понимали, почему такой корабль не тонет сразу же после его "спуска" на воду. Дело в том, что если бросить одного муравья в воду, то он не утонет, так как его тело покрыто водоотталкивающим воскоподобным веществом, в результате чего он весь оказывается окруженным пузырьками воздуха, "прикрепленными" к его экзоскелету. К тому же это небольшое насекомое спасает то, что его вес ничтожен, и не в состоянии прорвать пленку поверхностного натяжения воды.

Фото: AP

Но ведь в данном случае речь идет не об одном муравье, а о целой толпе, которая, к тому же, все время держится вместе. По расчетам ученых, такая колония, оказавшись в воде, сразу же пойдет на дно — никакое поверхностное натяжение не сможет противостоять общему весу насекомых, число которых исчисляется миллионами. Кроме того, сами муравьи, в отличие от, например, людей, ведут себя в воде достаточно пассивно — они не гребут лапками, то есть не плывут.

Однако на днях группа ученых из Технологического института Джорджии (США) успешно разгадала эту загадку. Они провели ряд экспериментов, в результате которых стало известно, как такие муравьиные корабли сохраняют плавучесть. В процессе работы энтомологи бросали в воду кучки муравьев и смотрели, сколько особей создают плот, как он изменяется во времени, а также измеряли скорость передвижения этих насекомых по головам своих сородичей. Кроме того, они замораживали плоты в жидком азоте, чтобы тщательно изучить, какие структуры образуют особи огненного муравья (защитников животных сразу же хочу успокоить, что подобная заморозка никак не отражается на здоровье и жизнеспособности Solenopsis invicta).

В результате ученые установили, что, попадая в воду, эти насекомые хватают друг друга за верхние челюсти (мандибулы) и ноги, причем сила захвата, в данном случае, просто колоссальная. С ее помощью можно удержать вес, превышающий таковой муравья в 400 раз. Сцепившись таким образом, муравьи удерживают множество маленьких пузырьков воздуха, "захваченных" отдельными особями и попавших между ними. В результате образуется огромная воздушная подушка, отделяющая плот от поверхности воды, к которой муравьи не могут прилипнуть и, соответственно, продавить тяжестью своего веса.

После образования "первого слоя" плота другие члены колонии взгромождаются на тех, кто лежит на воде, и формируют второй слой. В результате, когда вся конструкция начинает погружаться, муравьи синхронно напрягают мышцы, чтобы еще сильнее уплотнить "дно" и воспрепятствовать всякой возможности "течи". В самом конце в центре плота формируется "трон", на который помещается царица, ее "гвардия" и большинство муравьев-нянек с личинками и яйцами. Такое судно уже вполне готово к путешествию.

По данным авторов статьи, опубликованной в журнале PNAS, действиями муравьев по созданию плота, как это ни странно, никто не руководит. Было замечено, что каждый муравей выполняет, в сущности, простой набор стереотипных действий. Смысл их заключается в том, что когда насекомое тонет, оно пытается выбраться наружу, когда видит над собой не другого муравья, а открытое пространство — стремится выползти в образовавшийся просвет.

Фото: AP

Поэтому с точки зрения физиков, муравьиная колония при попадании в воду ведет себя, словно огромная капля вязкого масла, которая расползается по поверхности воды, не смешиваясь с ней. В то же время было отмечено, что те насекомые, что частично опускаются под воду, не захлебываются, поскольку они также могут дышать воздухом из пузырьков, составляющих воздушную подушку.

Итак, как мы видим, корабль муравьев собирается и плывет по водам без капитана и вообще без какого-то руководства и планирования. Кстати, для большинства процессов, происходящих в муравейнике, это весьма обычное дело — руководства нет, а работа идет, причем максимально эффективно. Ученые называют подобные процессы стохастическими — как мы помним, это такие процессы, течение которых может быть различным в зависимости от случая, причем вероятность того или иного течения определена.

Особенностью стохастических процессов, происходящих в муравейнике (или другой колонии общественных насекомых), является то, что чем больше участников будут добросовестно выполнять свои обязанности (способы их выполнения заложены в их психике на уровне инстинктов), тем быстрее и эффективнее будет достигнут результат. А при таком подходе никакое руководство и планирование не является необходимым — наоборот, оно даже может повредить.

Именно поэтому можно смело утверждать, что никакой разумной деятельности при создании такого муравьиного судна не происходит — если насекомые лишь следуют набору инстинктов, о каком разуме может идти речь? Получается, что для того, чтобы создавать сложные конструкции, интеллект вовсе не обязателен — достаточно лишь того, что каждый участник процесса просто добросовестно выполняет свою часть работы.

Подобное свойство, по мнению исследователей, следует использовать в робототехнике. Они считают, что, возможно, конструкторам стоит сосредоточиться не на создании устройства, обладающего искусственным интеллектом, а на моделировании системы, состоящей из множества мелких, просто устроенных элементов, каждый из которых выполняет маленькую, элементарную задачу. Зато при объединении их усилий получается суперустройство, обладающее некими элементами разумного поведения. Для начала подобный принцип может быть применен при создании самостоятельно восстанавливающихся спасательных плотов, а в дальнейшем его можно распространить и на другие сферы, например, на космонавтику.

Впрочем, по мнению энтомологов, муравьиные корабли не являются абсолютно непотопляемыми. Для того чтобы отправить его ко дну, достаточно сделать одну простую вещь — долить в воду мыльный раствор. Это приведет к изменению поверхностного натяжения воды, и, в результате, муравьиное судно пойдет ко дну в течение нескольких секунд. Такой же эффект вызовет добавление различных нефтепродуктов, в частности, бензина.

Мореходные навыки огненного муравья (исходно — жителя джунглей Южной Америки) также раскрыли тайну его достаточно быстрого проникновения на другие континенты и последующего там быстрого распространения. Не исключено, что некоторые колонии могли пересекать небольшие участки морей с интенсивными поверхностными течениями. Возможно, именно так Solenopsis invicta проник с острова Тайвань (куда его завезли в трюмах кораблей) на материковую часть Китая.

Читайте также: Муравьи завоевали мир благодаря инцесту

Теперь жители Поднебесной не знают, что делать с этими "колонизаторами" — ведь яд огненного муравья считается одним из самых сильных среди тех, которыми обладают насекомые. А если учесть, что атака особями Solenopsis invicta людей тоже представляет собой стохастический процесс, становится понятно, что на пути у них лучше не становиться. Но только как избежать данных столкновений, если этот вселенец из Нового Света заполонил уже все экосистемы Китая? Кстати, особенно ему понравилось жить около рисовых полей…"