Scienty

В ответ на потенциальную эпидемию черные садовые муравьи активизируют строительство: они создают более протяженные и сложные туннели, перемещают входы и изолируют места обитания. Ученые, проводившие новое исследование, обозначили это поведение как «архитектурный иммунитет».

В ответ на потенциальную эпидемию черные садовые муравьи начинают активное строительство: они создают более протяженные и сложные туннели, перемещают входы и изолируют места обитания. Ученые, проведшие исследование, охарактеризовали это поведение как «архитектурный иммунитет».

В перенаселенных и тесных поселениях инфекции распространяются с особенной легкостью. Это касается не только людей, но и других животных, в особенности тех, которые живут группами.

Ранее, не имея представления об инфекционной природе заболеваний, люди меняли структуру городов для противодействия чуме и холере. Строители создавали широкие проезды, чтобы обеспечить лучшую вентиляцию городских территорий, удаляли кладбища за городскую черту и организовывали систему канализации. Оказалось, что перепланировка населенных пунктов – это проверенный временем метод борьбы с болезнями, который даже используется насекомыми.

При возникновении эпидемии среди сородичей животные изменяют свое поведение, например, они начинают избегать больных особей и уменьшают количество контактов. Муравьи усиливают разделение внутри своих колоний. Что это подразумевает?

Муравьиная колония включает в себя множество групп, выполняющих различные функции. Среди них можно выделить фуражиров, которые добывают и доставляют пищу, солдат, нянь, строителей и представителей других специализаций. В периоды эпидемий численность этих групп уменьшается, а взаимодействие между ними сокращается.

Муравейник также представляет собой сложное строение, включающее в себя множество специализированных камер. Они построены и расположены не случайным образом, а в соответствии со своими задачами. Исследователи, опубликованного в журнале Science, исследователи задались вопросом о том, отличаются ли методы строительства муравьев во время вспышек заболеваний. Возможно, из-за больных особей процесс возведения сооружений замедляется. Не исключено, что меняются размеры помещений и протяженность ходов?

Было отобрано двадцать групп обычных черных садовых муравьев Lasius niger, население каждой группы составляло 200 особей. Им предоставили набор из куколок и яиц, имитирующий естественные условия, и поместили в пластиковые цилиндры, наполненные смесью песка и глины. Из каждой группы отобрали по 20 особей, и половину из этих небольших групп инфицировали суспензией спор патогенного грибка Metarhizium brunneum, одну половину образцов обработали раствором, не содержащим грибка. Каждой семье выдавали дрозофил, тараканов и сладкий сироп для кормления.

Metarhizium brunneum — это опасный природный патоген, поражающий муравьев. Споры грибка распространяются при контактах между особями, проникают внутрь тела и приводят к гибели хозяина в течение трех-семи дней. В течение десяти дней девять из десяти инфицированных муравьев умирают. Большим группам разрешили свободно рыть гнезда, а затем вернули им сородичей. Половине семей предоставили зараженных грибком особей, а остальных — омыли раствором.

Наблюдение за созданием гнезд осуществлялось с использованием микро-КТ, представляющей собой трехмерное рентгеновское сканирование. Сканирование каждой группы проводилось дважды: перед размещением зараженных особей и контрольной группы, а также по завершении эксперимента, через шесть дней. Этот период был выбран на основании других исследований, где за указанное время фиксировались изменения в структуре муравейников, вызванные колебаниями температуры. Кроме того, за шесть дней смертность рабочих муравьев от грибка не достигает уровня, способного существенно повлиять на процесс строительства.

По мере расширения муравейника выход муравьев на поверхность становился все менее частым, что вполне объяснимо: с увеличением глубины гнезда объем подземных работ возрастает, общая активность снижается, а на поверхность выходят лишь отдельные особи и только при необходимости. К примеру, для доставки сверху мух и тараканов.

Зараженные особи выходили на поверхность значительно чаще, чем остальные, при этом грибок M. brunneum никак не увеличивает подвижность своих жертв. Ученые трактовали это как изоляцию или самоизоляцию больных, которые теперь проводили больше времени наверху, а значит, меньше разносили заразу в общей массе муравьев.

Не только увеличилась частота всплытия заболевших. Зараженные семьи также ускорили расширение своих убежищ, используя для этого новые туннели. Объем камер остался прежним, дополнительных выходов не появилось. Кроме того, в зараженных гнездах выходы находились на большем расстоянии друг от друга, около шести миллиметров.

Для садового муравья это значительный размер, учитывая, что он не превышает в длину половину сантиметра.

Анализ сканирования выявил следующие изменения: в зараженных гнездах наблюдалось увеличение длины туннелей, однако их количество уменьшилось. Насекомые снизили число переходов между камерами и перекрестков в туннелях. В зараженных гнездах степень взаимосвязанности между помещениями оказалась ниже, чем в здоровых.

Для оценки влияния данных изменений на динамику эпидемии исследователи провели моделирование распространения патогенов в муравейниках, созданных зараженными группами. Объединив данные о поведении и особенностях строения муравейников, они выяснили, что тенденция больных муравьев чаще покидать гнездо, своего рода «самоизоляция», уменьшает распространение спор грибка примерно вдвое. Сочетание самоизоляции и архитектурных особенностей приводит к синергетическому эффекту, повышая устойчивость муравьиной колонии к инфекции.

Исследователи рассматривали гипотезу о том, что неспособность больных муравьев к строительству может быть обусловлена физиологическими ограничениями. Возможно, они не в состоянии формировать полноценные поселения со сложной структурой, включающей перекрестки и переходы между камерами?

Вероятнее всего, причина кроется не в последствиях заболевания. Прежде всего, первые изменения в конструкции появились всего через сутки после инфицирования. За это время грибок не успел распространиться внутрь тела муравьев. Кроме того, зараженные муравьи рыли туннели быстрее, чем здоровые, при этом проявляя вялость и чаще находясь на поверхности.

Во-первых, даже если бы только зараженные особи (составляющие всего 10% населения) были бы вовлечены, они не могли бы оказать столь существенное воздействие на планировку зданий. Перепланировка входов, изменение рельефа, протяженность туннелей — все эти изменения не могли быть осуществлены без участия здоровых муравьев.

Механизмы принятия «решений» в муравьиной колонии требуют дальнейшего изучения. Авторы определили поиск ответа на этот вопрос как увлекательную задачу.