Учёные раскрыли секреты строительства тоннелей муравьями

Учёные из США раскрыли секрет успеха агрессивного инвазивного вида муравьёв. Насекомые вида Solenopsis invicta, или муравьи огненные импортные красные, способны проложить туннели в любом типе почвы, подстраиваясь к условиям и меняя свои методы "бурения".

"Люди создают подземные ходы с помощью бульдозеров и тяжёлой техники, – говорит профессор Дэн Голдман (Dan Goldman) из Технологического института Джорджии. – Муравьи же используют свои острые маленькие придатки, которыми они захватывают землю и песок и манипулируют ими. И это получается у них лучше, чем у любой рукотворной машины".

Муравьи вида S. invicta особенно хороши в этом виде работ. Они являются "уроженцами" Южной Америки, однако тысячи колоний этих трудолюбивых и весьма агрессивных насекомых распространились за последние годы по всей территории США, Австралии и Китая. В Северную Америку они попали 80 лет назад. Неудивительно, что с "иноземными захватчиками" учёные всячески пытаются бороться.

Учёные заставили муравьёв рыть тоннели в массе из стеклянных шариков, чтобы заснять процесс на видеокамеру.

Профессор Голдман и его коллеги протестировали копательные способности муравьёв, наблюдая за тем, как группа из сотни особей в прозрачных цилиндрах бурит три различных типа почвы – слабой, средней и высокой зернистости. Также они проверили работу насекомых в почвах с различными уровнями влажности.

Учёные придумали эксперимент, который позволил с помощью рентгена наблюдать за развитием муравьиных гнёзд в течение 40 часов.

В целом у муравьёв получалось быстрее прокладывать туннели в более зернистой почве, а более сложные разветвлённые структуры они создавали в более влажных зернистых почвах. Это объясняется тем, что водные частицы создают силы, склеивающие гранулы земли вместе, что делает структуры более надёжными.

"Для того чтобы успешно копать туннели, муравьям нужны почвы, влажность которых выше 5%", – объясняет Голдман.

Учёные из Шеффилдского университета создали рой роботов, вдохновившись колониями насекомых.

Во второй части эксперимента команда постаралась зафиксировать действия каждой отдельной особи. Исследователь Дарья Монаенкова (Daria Monaenkova) сделала видеозаписи того, как муравьи копают ходы в прозрачных цилиндрах, наполненных стеклянными шариками различных размеров (очевидно, животные приняли стекло за почву).

Визуальные наблюдения показали: муравьи используют два различных метода копания. Если им попадаются крупные гранулы, они поднимают одну частицу и перемещаются назад по туннелю вместе с ней. Однако если им попадаются мелкие гранулы (мелкозернистая почва), то муравьи захватывают и сжимают вместе несколько гранул, а сами отходят к боковым стенкам туннеля. Затем они собирают гранулы, разворачиваются и двигаются наверх, вынося шарики на поверхность.

Профессор Голдман отметил, что изобретательность муравьёв удивила его. В особенности учёных поразило то, как насекомые лепили что-то вроде "снежка" из этих гранул с помощью своих передних конечностей, челюстей и даже иногда усиков, причём всегда "снежки" получались одинакового размера.

Голдман добавил, что исследования подобного рода могут помочь в разработке поисковых и аварийно-спасательных роботов. Они смогут работать большой командой и будут манипулировать предметами в нестабильных условиях (например, в разрушенных зданиях). Также рой роботов с такими навыками манипулирования может найти применение в строительстве, ликвидации последствий стихийных бедствий и горнодобывающей промышленности.

Научная статья американских исследователей была опубликована в ищздании Journal of Experimental Biology.