Как профессия муравьёв влияет на их обучаемость

Слаженная деятельность членов семьи рыжих лесных муравьёв основана на чёткой поведенческой специализации особей. Эксперимент сибирских учёных продемонстрировал связь между профессиями муравьёв и их способностью к обучению. 

Как сообщает «Наука в Сибири», в мире насчитывается более 14 тысяч видов муравьев — они ведут общественный образ жизни и образуют семьи численностью до миллиона и более особей. Научный сотрудник лаборатории поведенческой экологии сообществ Института систематики и экологии животных СО РАН Иван Яковлев утверждает, что семья муравьёв — это единый организм, который справляется со 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. Охранники защищают свой муравейник и помогают соплеменникам разделывать добычу, разведчики осваивают территорию в поисках еды, строители занимаются 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 «сёстрами», поскольку являются бесплодными самками, произошедшими от одной или нескольких маток.

Поведенческая специализация рабочих муравьёв 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 муравьёв — 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 ещё. 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 муравьёв, живущих небольшими семьями, исчисляемыми десятками и сотнями особей. Что касается более продвинутых видов, таких как рыжие лесные муравьи, с огромной численностью и развитой сетью социальных связей, то без чёткого разделения труда здесь не обойтись.

Заведующая лабораторией поведенческой экологии сообществ Жанна Резникова вместе с Иваном Яковлевым показали, что для освоения профессии муравьями индивидуальные различия в поведении важны в большей степени, чем возраст. В исследовании учёные использовали рыжих лесных муравьёв — 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 муравьёв 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.

У рабочих нет ярких морфологических различий, внешне они все примерно одинаковы и дифференцируются только по поведению. 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. Нередко, защищая своих «дойных коров», муравьи нападают на личинок сирфид. В качестве ответной реакции те выпускают изо рта вязкий секрет, прочно склеивающий муравья на некоторое время, но не смертельный для них. В эксперименте новосибирских биологов участвовали изъятые из естественной среды обитания охотники и сборщики пади, а также наивные особи, вылупившиеся в лаборатории из куколок.

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 трёх 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.

Выяснилось, что 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, тогда как охотники и сборщики пади старались осторожно уклоняться от контактов с опасным насекомым. При повторной встрече наивные муравьи и охотники реагировали так же агрессивно, как 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.

Единственной склонной к обучению группой из тех, что рассматривали учёные, 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. Предыдущие исследования показали, что среди сборщиков встречаются так называемые разведчики — интеллектуально одарённые особи, которые находят провизию и приводят к ней фуражиров. Несмотря на то, что количество разведчиков составляет порядка 5% от всей рабочей силы, именно от них зависит, насколько быстро и успешно семья освоит новые источники пищи.