Ученые раскрыли секрет того, как термиты строят свои гигантские гнезда
Термиты — архитекторы мира природы. Гнезда, которые они строят, могут достигать метров в высоту, имеют сложные и тщательно продуманные конструкции, галереи, которые обеспечивают эффективную связь и автоматически вентилируют внутреннюю часть гнезда таким образом, что могли бы позавидовать люди-инженеры. Как тысячи или миллионы насекомых могут координировать свою работу по строительству прочных и функциональных гнезд для колонии?
Новое исследование, координируемое Андреа Перна, профессором сложных систем в Школе перспективных исследований IMT в Лукке, и опубликованное в журнале eLife, выявило уникальный механизм, используемый термитами для выполнения такой необычной задачи.
Для проведения лабораторного эксперимента на термитах вида Coptotermes gestroi (родом из Южной Азии, но распространившегося на восточное побережье США) исследователи создали небольшие арены с искусственными конструкциями разной высоты и формы, используя влажную глину.
Затем они собрали небольшие популяции термитов из более крупной колонии и количественно оценили их строительное поведение в ответ на эти структуры, отслеживая на видео активность всех термитов в популяции, одновременно характеризуя изменения в трехмерной структуре. Таким образом, можно было проверить различные гипотезы и обнаружить механизм координации, используемый при строительстве гнезд.
В случае с муравьями, которые, помимо термитов, являются еще одной крупной группой насекомых, способных, например, строить большие и сложные конструкции, считается, что муравьи пропитывают строительный материал феромоном — химическим веществом, которое привлекает других муравьев. строительную площадку и «говорит им», где строить. Таким образом, действие одного рабочего муравья запускает активность других муравьев в процессе самоусиления.
Если термиты, как и муравьи, также полагались на феромоны в своей строительной деятельности, то им не следует отдавать предпочтение откладыванию своих гранул строительного материала в каком-либо конкретном месте, поскольку на искусственных аренах, подготовленных термитниками, не было никаких феромонов. Но это было не так: хотя скопления гранул происходили повсюду на арене, все отложения были локализованы на вершинах уже существующих построек.
Возможно, они смогут оценить высоту небольших столбов и неоднородностей земли и таким образом продолжать добавлять строительный материал поверх уже существующих структур. Но это было не так: на самом деле термиты откладывали свои строительные гранулы с одинаковой вероятностью как на короткие, так и на высокие столбы.
Другая гипотеза заключалась в том, что термиты могут чувствовать кривизну строительного субстрата, поскольку некоторые предыдущие модели показали, что постоянного добавления гранул в местах наибольшей кривизны достаточно для создания очень сложных структур, напоминающих термитные гнезда некоторых видов.
«В ходе нашего моделирования мы наблюдали, что небольшие неоднородности поверхности имеют более высокую кривизну, чем плоская окружающая подложка, и поэтому они расширяются, образуя столб, заостренные концы столбов, в свою очередь, притягивают дальнейшие отложения строительного материала и продолжают расти, пока не разделиться или объединиться с другим столпом и так далее; с помощью этого простого правила можно сформировать очень сложные структуры», — говорит автор исследования Джулио Факкини из Института комплексов матьеры и систем CNRS в Париже, Франция.
Фактически, когда термиты сталкивались с искусственными стимулами, предоставленными в экспериментах, они всегда предпочитали строить в местах наибольшей кривизны, добавляя гранулы наверху столбов (независимо от их высоты).
Проблема в том, как термиты могли так надежно чувствовать кривизну структур, которые они строили? Исследователи предположили, что к этому могут быть причастны испарение воды и влажность.
«Термиты очень чувствительны к концентрации влажности: в отличие от большинства других насекомых, у них тонкий экзоскелет и мягкая кожа, а это означает, что даже длительное воздействие уровня влажности ниже 70% может быть для них смертельным», — объясняет Перна. «Неудивительно, что они могут чувствовать эти градиенты влажности и реагировать на них своим поведением».
Но как это доказать?
«Мы нашли решение, которое было описано как «очень гениальное низкотехнологичное решение»: мы подготовили экспериментальные арены, идентичные тем, которые используются с термитами, но на этот раз пропитав глину солевым раствором. бикарбоната натрия», — объясняет Факкини.
По мере того, как вода из солевого раствора испарялась, она оставляла после себя крошечные кристаллы соли, рост которых отмечал области наибольшего испарения: это были кончики колонн, углы стен: точно такие же места, которые термиты выбрали для их строительной деятельности.
«Что нас действительно удивило, так это то, что термиты используют такое простое решение очень сложной проблемы», — комментирует Перна. «В наших экспериментах сложность гнезда возникает из-за одного простого механизма: термитам нужно только добавлять гранулы материала в зависимости от местной влажности, но гранулы, которые они добавляют, в свою очередь, меняют всю картину испарения и влажности, побуждая других термитов строить в другом месте и так далее, пока не будут созданы очень сложные конструкции».
Обсудим?
Смотрите также:
