Муравьи изменили структуру муравейников, чтобы противостоять грибковой инфекции

Новости МирТесен

В связи с возникшей угрозой эпидемии, черные садовые муравьи активизируют строительные работы: они создают более протяженные и сложные туннели, перемещают входы и изолируют места обитания. Ученые, проводившие исследование, охарактеризовали это поведение как «архитектурный иммунитет».

В условиях потенциальной эпидемии черные садовые муравьи активизируют строительные работы: они создают более протяженные и сложные туннели, перемещают входы и изолируют места обитания. Ученые, проведя исследование, охарактеризовали такое поведение как «архитектурный иммунитет».

Заболевания быстро распространяются в перенаселенных районах. Это справедливо как для людей, так и для других животных, в особенности для тех, которые живут группами.

Ранее, не имея представления об инфекционной природе заболеваний, люди прибегали к изменению планировки городов для борьбы с чумой и холерой. Строители создавали широкие улицы, чтобы обеспечить лучшую вентиляцию городских территорий, удаляли кладбища за пределы городских стен и организовывали систему канализации. Оказывается, переустройство населенных пунктов – это способ борьбы с болезнями, выработанный в процессе эволюции, и используется он даже у насекомых.

При появлении инфекции среди сородичей животные изменяют свое поведение, например, начинают избегать больных особей и уменьшают количество контактов. Муравьи, в свою очередь, усиливают разделение внутри своих колоний. Что подразумевается под этим?

Муравьиная колония включает в себя множество групп, выполняющих различные функции. Среди них можно выделить фуражиров, занимающихся поиском и доставкой пищи, солдат, нянь, строителей и представителей других специализаций. В периоды распространения болезней численность этих групп сокращается, а взаимодействие между ними уменьшается.

Муравейник также представляет собой сложное строение, состоящее из множества специализированных помещений. Они построены и расположены не случайным образом, а в соответствии со своими задачами. Исследователи, опубликованного в журнале Science, исследователи заинтересовались тем, как муравьи ведут строительство во время эпидемий. Возможна ли перестройка муравейника из-за снижения активности больных особей? Меняется ли при этом общий объем сооружений и структура проходов?

Для исследования было отобрано двадцать групп обычных черных садовых муравьев Lasius niger, началось с того, что в каждую группу поместили по 200 особей. Им предоставили набор из куколок и яиц, имитирующий естественные условия, и поселили в пластиковые цилиндры, наполненные смесью песка и глины. Из каждой группы отобрали по 20 особей, и половину из этих небольших групп заразили суспензией спор патогенного грибка Metarhizium brunneum, некоторой части образцов была проведена обработка раствором, не содержащим грибка. Каждой семье выдавали мушек-дрозофил, тараканов и сладкую сиропоподобную жидкость для поддержания жизни.

Metarhizium brunneum — представляет собой 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 копать гнезда, а затем вернули к ним сородичей. Половине семей достались муравьи, зараженные грибком, а остальных — омыли раствором.

Для отслеживания строительства гнезд применяли микро-КТ, представляющую собой трехмерное рентгеновское сканирование. Сканирование каждой группы проводилось дважды: перед тем, как поместить зараженных особей вместе с контрольной группой, и еще раз – по завершении эксперимента, через шесть дней. Этот период был выбран на основании других исследований, где за это время отмечались изменения в структуре муравейников под воздействием колебаний температуры. Кроме того, за шесть дней смертность рабочих особей от грибка не достигает уровня, способного существенно повлиять на процесс строительства.

С ростом размера муравейника муравьи стали реже появляться на поверхности, что вполне объяснимо: по мере углубления гнезда активность в подземных туннелях возрастает, общая суета снижается, а наверх выбираются лишь отдельные особи и только для выполнения необходимых задач. К примеру, для доставки сверху мух и тараканов.

Зараженные особи с большей вероятностью поднимались на поверхность, 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 всплытий зараженных на поверхность. Зараженные семьи также ускорили расширение своих убежищ, активно разрабатывая новые туннели. Объем камер остался неизменным, новых выходов не появилось. Кроме того, в зараженных гнездах проходы располагались 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 частоту перемещений между камерами и перекрестков между туннелями. Внутренние связи между отсеками в зараженных гнездах оказались слабее, чем в неповрежденных.

Для оценки воздействия этих изменений на развитие эпидемии, исследователи создали модель распространения патогенов в муравьиных гнездах, созданных инфицированными группами. Объединив данные о поведении и особенностях конструкции зараженных гнезд, они выяснили, что склонность больных муравьев чаще покидать гнездо, своего рода «самоизоляция», уменьшает распространение спор грибка примерно вдвое. Сочетание самоизоляции и особенностей конструкции обеспечивает синергетический эффект, усиливая защиту муравьиной колонии от инфекции.

Исследователи рассматривали вопрос о том, возможно ли, что больные муравьи физически не способны на строительство иным образом? Не исключено, что у них не формируются обычные поселения с развитой системой перекрестков и переходов между камерами?

Вероятно, причина кроется не в последствиях заболевания. Прежде всего, первые изменения в конструкции появились спустя 24 часа после заражения. За это время грибок не успел распространиться внутрь тела муравьев. Кроме того, зараженные муравьи рыли туннели быстрее, чем здоровые, при этом они в целом проявляли вялость и чаще находились на поверхности.

Во-первых, лишь зараженные особи, составляющие всего 10% населения, не обладали бы достаточной силой для существенного изменения структуры зданий. Такие действия, как перераспределение входов, модификация рельефа и протяженность туннелей, не могли быть реализованы без участия здоровых муравьев.

Механизмы принятия «решений» в муравьиной колонии требуют дальнейшего изучения. Авторы охарактеризовали поиск ответа на этот вопрос как увлекательное занятие.