Рыжие лесные муравьи известны своими огромными семьями, слаженная деятельность которых основана на четкой поведенческой специализации рабочих особей. Природный эксперимент сибирских ученых помог по-новому взглянуть на связь между «профессиями» и способностью муравьев к аверсивному обучению — то есть формированию связей между негативными воздействиями и поведением. Статья об этом опубликована в журнале Frontiers in Psychology.
В мире насчитывается более 14 тысяч видов муравьев — они ведут общественный образ жизни и образуют семьи численностью до миллиона и более особей. Самки и самцы, осуществляющие репродуктивные функции; расплод (то есть потомство: яйца, личинки, куколки), а также огромное количество не способных к размножению рабочих особей — обязательные члены муравьиного сообщества.
«Семья муравьев — это единый организм, который справляется с множеством задач как внутри, так и вне муравейника: поддержание оптимальных условий в гнезде для выращивания потомства, поиск и транспортировка пищи, оборона от врагов и другие. Подавляющее большинство особей в муравьиной семье составляют рабочие. Есть охранники — они защищают свой муравейник или помогают соплеменникам разделывать добычу; разведчики, которые осваивают территорию в поисках еды; строители, занимающиеся обустройством и починкой гнезда. Рабочие муравьи могут различаться размером, формой, возрастом и особенностями поведения в зависимости от задач, которые выполняют, и тем не менее приходятся друг другу “сестрами”, поскольку являются бесплодными самками, произошедшими от одной или нескольких маток», — комментирует один из авторов статьи научный сотрудник лаборатории поведенческой экологии сообществ Института систематики и экологии животных СО РАН кандидат биологических наук Иван Константинович Яковлев.
Поведенческая специализация рабочих муравьев в значительной степени зависит от возраста: молодые особи выполняют относительно безопасную работу внутри гнезда и по мере взросления переходят к более рискованным задачам. Только что появившийся на свет муравей абсолютно беспомощен, осваивать окружающее пространство и налаживать контакты с соплеменниками он начинает спустя несколько дней после выхода из куколки. Через пару недель он служит помощником нянькам в уходе за расплодом, и спустя какое-то время (у рыжих лесных муравьев — примерно к сороковому дню взрослой жизни) рабочий муравей готов выполнять внегнездовые функции. Именно тогда он становится фуражиром — занимается поиском, добычей и транспортировкой пищи в гнездо, или охранником, или кем-либо еще.
Муравьи-сборщики пади собирают падь тлей. Фото Ивана Яковлева
Есть виды муравьев, у которых рабочие особи могут менять профессию очень гибко, в зависимости от текущих потребностей семьи. К примеру, начинают ухаживать за куколками и личинками, если не хватает нянек, а в случае недостатка еды переквалифицируются в фуражиров. «Принцип взаимозаменяемости — характерная особенность муравьев, живущих небольшими семьями, исчисляемыми десятками и первыми сотнями особей. Что касается более продвинутых видов, таких как рыжие лесные муравьи, с огромной численностью и развитой сетью социальных связей, то тут без четкого разделения труда не обойтись: от этого зависит слаженная работа всего коллектива», — подчеркивает Иван Яковлев.
Ранее авторы статьи — заведующая лабораторией поведенческой экологии сообществ доктор биологических наук Жанна Ильинична Резникова и Иван Яковлев — показали, что для освоения «профессии» муравьями индивидуальные различия в поведении важны в большей степени, чем точный возраст рабочих особей. В новом исследовании ученые задались вопросом: существуют ли у муравьев предпосылки для выбора профессии, не связанные с их морфологией, возрастом, базовыми поведенческими особенностями. «Нас интересует интеллект и когнитивные способности насекомых, — рассказывает Жанна Резникова. — В настоящее время когнитивные аспекты профориентации — один из наименее изученных вопросов, касающихся организации семей общественных насекомых, поэтому мы решили смоделировать в условиях лаборатории природную ситуацию, позволяющую оценить связь обучения с выбором того или иного вида деятельности рабочими особями».
В своем исследовании новосибирские ученые использовали рыжих лесных муравьев (Formica aquilonia) — это доминантный в муравьиных сообществах лесов Западной Сибири вид, который славится большими, до человеческого роста, гнездами, имеющими сложную структуру, и огромной численностью семей — до 1—2 миллионов особей. Семья рыжих лесных муравьев собирает пищу в лесной подстилке и на растительности и охраняет свою кормовую территорию — несколько гектаров леса — от конкурентов, вступая в симбиотические отношения с тлями и другими насекомыми.
Характерно, что у рабочих Formica aquilonia нет ярких морфологических различий, внешне они все примерно одинаковы и дифференцируются только по поведению. «Речь идет о функциональной специализации, когда один муравей на протяжении всей своей жизни занимается только одной задачей и не переключается на другие», — говорит Иван Яковлев.
Так, например, рабочая особь может специализироваться исключительно на сборе пади — сладковатой жидкости, которую вырабатывают тли. Богатая углеводами падь служит основным источником энергии для муравьев. Между тлями и муравьями налажено взаимовыгодное сотрудничество: первые регулярно снабжают «дояров» питательным соком, вторые тщательно оберегают «домашний скот» от посягательств других насекомых.
В числе естественных врагов рыжих лесных муравьев — личинки мух-журчалок, или сирфид (от латинского названия этого семейства Syrphidae), которые являются специализированными хищниками тлей. Нередко, защищая своих «дойных коров», муравьи агрессивно нападают на личинок сирфид. В качестве ответной реакции те выпускают изо рта вязкий секрет, прочно склеивающий муравья и на некоторое время выключающий его из активной жизни. «Это, с одной стороны, неприятно для муравья, с другой — отнюдь не смертельно, поскольку клейкий секрет сирфиды не ядовит. Мы использовали эту природную ситуацию, чтобы посмотреть, как муравьи разной специализации проявят себя при встрече с врагом один на один», — комментирует Иван Яковлев.
Враг муравьев, личинка сирфиды, питается тлями. Фото Ивана Яковлева
В эксперименте новосибирских биологов участвовали изъятые из естественной среды обитания охотники и сборщики пади, а также наивные особи, вылупившиеся в лаборатории из куколок. «Наивные муравьи — это такие дети-маугли, которые с рождения не имели контактов с другими насекомыми — как союзниками, так и врагами — также им были не знакомы природные источники пищи — мы кормили их гомогенизированным субстратом и сладким сиропом», — поясняет ученый.
Муравьям заранее нанесли индивидуальные метки специальными красками. Далее особей поочередно помещали в контейнер с сирфидами и оставляли на десять минут, фиксируя реакции муравьев до и после того, как личинки их «склеили». Эксперимент повторяли в течение трех дней, чтобы установить, сохраняется ли у муравьев память о неприятном событии, и могут ли они использовать полученный опыт в дальнейшем. Всего было проведено 100 испытаний, а общее время наблюдения составило около 17 часов.
Ученые выявили: у наивных муравьев первая в жизни встреча с потенциальным врагом вызывала более агрессивные реакции, чем у членов естественной семьи. Они чаще вцеплялись в сирфиду мертвой хваткой и совершали продолжительные укусы и покусывания, тогда как охотники и сборщики пади старались осторожно уклоняться от контактов с опасным насекомым. Интересно, что при повторной встрече наивные муравьи и охотники реагировали так же агрессивно, как и в первый раз, а у сборщиков пади, которым не удалось избежать «склеивания», формировалась кратковременная (на 10 минут) и долговременная (на 3 дня) память об этом событии.
«Таким образом, единственной склонной к обучению группой из тех, что мы рассматривали, оказались сборщики пади. При повторном контакте они старались избегать столкновения с врагом и не повторять неприятный опыт, тогда как охотники и наивные особи этот опыт не приобретали. Можно сделать вывод, что для последних он либо не столь критичен, либо обусловлен физиологическими особенностями — например, специфическим устройством нервной системы», — отмечает Иван Яковлев.
(А) Муравей нападает на личинку мухи-сирфиды, (В) Личинка сирфиды склеивает муравья защитным секретом, (С) Муравей отпускает врага и чистится. Фото Наиля Бикбаева (А, С), Ивана Яковлева (В)
Предыдущие исследования, выполняемые под руководством Жанны Резниковой, показали, что среди сборщиков пади встречаются так называемые разведчики — интеллектуально одаренные особи, которые находят провизию и приводят к ней фуражиров. Несмотря на то, что количество муравьев-разведчиков составляет порядка пяти процентов от всей рабочей силы, именно от них зависит, насколько быстро и успешно семья освоит новые источники пищи.
Обобщая результаты, исследователи предположили, что в семье рыжих лесных муравьев «интеллектуальной элитой» являются разведчики и сборщики пади, тогда как охотники и охранники отличаются скорее храбростью, чем сообразительностью. «Работа является подтверждением того, что когнитивные способности рыжих лесных муравьев играют существенную роль в выборе “профессии”, — говорит Иван Яковлев. — По-видимому, речь идет о таком явлении, как темперамент, или личность у животных (animal personality), когда они ведут себя сходным образом в различных ситуациях. Всё указывает на то, что у муравьев способности к обучению связаны с низким уровнем агрессивности и склонностью избегать опасности. На основе этих устойчивых различий в поведении может происходить профессиональная ориентация рабочих особей в семье».
Юлия Клюшникова