На лесной тропе лежит холм из сухих хвоинок. С виду — просто куча. Но вот одна иголка вдруг поползла вверх, другая исчезла в отверстии, а между ними промчался рыжий муравей. Под этим холмом скрывается целый город, и его улицы уходят глубоко в землю.
Короткий ответ: муравейник — это не просто куча хвои, а система тоннелей и камер. В одних местах растут личинки и куколки, в других находятся взрослые муравьи, где-то проходит пища, а всё сооружение постоянно расширяется и ремонтируется. При этом у тысяч строителей нет главного архитектора и общего чертежа.
Как устроен муравейник внутри
Внутри муравейника находится разветвлённая сеть ходов и камер, причём значительная часть гнезда может быть скрыта под землёй.
Когда мы смотрим на большой лесной муравейник, кажется, что весь дом находится в куче хвоинок.
На самом деле надземный купол — только видимая часть сооружения. Под ним продолжаются тоннели, камеры и более глубокие участки гнезда.
Но единой схемы «настоящего муравейника» не существует.
Рыжие лесные муравьи строят заметные купола из хвои, кусочков коры и веточек. Другие виды почти полностью прячут свои гнёзда в земле. Есть муравьи, которые поселяются под камнями, внутри древесины или в полых стеблях растений.
Поэтому муравейник внутри выглядит по-разному в зависимости от вида, почвы, влажности, температуры и размера семьи.
Что находится внутри муравейника
Муравейник состоит не из одной большой полости, а из множества камер, соединённых узкими коридорами.
Если бы мы смогли уменьшиться до размера муравья и войти внутрь, перед нами оказался бы настоящий лабиринт.
В разных частях гнезда могут находиться:
- входы и основные коридоры, связывающие поверхность с внутренними участками;
- камеры с расплодом, где рабочие ухаживают за яйцами, личинками и куколками;
- места, связанные с пищей — их устройство сильно различается у разных видов;
- участки, где находится матка, хотя отдельная постоянная «царская спальня» есть далеко не у всех;
- более глубокие зоны, где условия стабильнее;
- места для отходов, которые у некоторых видов отделены от участков с расплодом.
При этом камеры не похожи на одинаковые комнаты многоэтажки. Они могут быть овальными, плоскими, неправильной формы, а тоннели изгибаются, расходятся и снова соединяются.
Как учёные узнали, что находится под землёй
Исследователи делают объёмные слепки муравьиных гнёзд, заполняя их ходы затвердевающим материалом.
Просто раскопать настоящий муравейник и увидеть его устройство почти невозможно.
Стоит убрать окружающую землю — и тонкие потолки начинают осыпаться. Через несколько минут от сложного лабиринта может ничего не остаться.
Поэтому биологи используют другой способ.
Покинутое или специально исследуемое гнездо заполняют жидким гипсом, воском или другим подходящим материалом. Он затекает в тоннели и камеры, а затем затвердевает.
После этого почву осторожно убирают.
Получается странная скульптура: там, где раньше была пустота тоннеля, теперь находится тонкая ветвь слепка, а на месте камеры появляется широкое плоское расширение.
Насколько глубоко уходит муравейник
Глубина зависит от вида: у одних муравьёв гнездо сравнительно неглубокое, у других подземные ходы уходят на несколько метров.
Особенно впечатляющими оказались слепки гнёзд флоридского муравья-жнеца.
Исследователь Уолтер Чинкель описал у этого вида длинные нисходящие шахты и множество горизонтальных камер на разных уровнях.
В крупных гнёздах ходы могут уходить примерно до трёх метров в глубину.
Но переносить эту цифру на обычный лесной муравейник нельзя.
Разные виды строят совершенно разные сооружения. Именно поэтому фотография одного гигантского слепка не является «чертежом любого муравейника».
Как муравьи строят муравейник
Каждый рабочий выполняет маленькую местную задачу: переносит частицы почвы, расширяет ход или укладывает материал. Сложный муравейник возникает из тысяч таких простых действий.
У муравьёв нет бригадира, который утром разворачивает чертёж и говорит:
«Сегодня строим третий этаж, две спальни и вентиляционную шахту».
Рабочий видит только небольшой участок рядом с собой.
Он может откусить частицу грунта челюстями, вынести её по тоннелю и оставить снаружи. Другой рабочий продолжит копать в том же месте. Третий займётся соседним участком.
Тысячи таких решений постепенно превращаются в целую систему.
На поверхности лесные муравьи действуют похожим образом: переносят хвоинки, кусочки растений и мелкие веточки, ремонтируя и перестраивая купол.
Кто говорит муравьям, где нужно строить
Центрального управляющего нет. Муравьи реагируют на местные сигналы — запахи, форму сооружения, температуру, влажность и действия соседей.
Матка здесь тоже не начальник строительства.
Её главная роль связана с размножением колонии. Она не сидит внутри с планом тоннелей и не раздаёт рабочим задания.
Эксперименты с муравьями показали, что строительство может координироваться через изменения самой постройки.
Например, один муравей оставил частицу материала в определённом месте. Это изменило поверхность — и следующий строитель реагирует уже на новую ситуацию.
Такой принцип называют стигмергией: результат предыдущего действия становится сигналом для следующего.
У некоторых видов важную роль играют и феромоны — химические вещества, которые помогают координировать строительную активность.
Получается удивительная вещь: никто не знает план целиком, но коллектив создаёт сооружение, которое намного сложнее задачи отдельного муравья.
Почему ходы муравейника не обваливаются
Муравьи делают тоннели небольшими, а свойства грунта и форма камер помогают почве удерживать вес сверху.
Огромная пустая пещера разрушилась бы гораздо легче, чем тонкий проход.
Поэтому муравьиный лабиринт состоит из сравнительно узких коридоров и камер.
Частицы слегка влажной почвы сцепляются между собой. Форма сводов тоже помогает распределить нагрузку.
Если часть потолка осыпалась, рабочие могут вынести упавший грунт и снова изменить проход.
Иногда внутри остаются небольшие земляные столбики и перемычки.
Но это не означает, что муравьи рассчитывают нагрузки по формулам. Устойчивость возникает из подходящих простых правил строительства и постоянного ремонта.
Зачем лесному муравейнику купол из хвои
Купол защищает гнездо и участвует в создании подходящего микроклимата.
У рыжих лесных муравьёв верхняя часть состоит из хвоинок, кусочков растений и мелких веточек.
Такой слой взаимодействует с солнечным теплом, осадками и воздухом.
Муравьи постоянно меняют поверхность: перемещают материал, ремонтируют повреждения и открывают или закрывают некоторые входы.
При изменении температуры рабочие могут переносить расплод между участками с разными условиями.
Иногда основанием большого муравейника становится старый пень или корни дерева. Тогда древесина оказывается внутри сооружения, а тоннели продолжаются под землёй.
Зависит ли устройство муравейника от температуры
Да. Эксперименты показывают, что температура способна влиять даже на глубину и сложность построенного гнезда.
В одном исследовании муравьёв рода Formica содержали при разных температурах поверхности почвы.
При более тёплых условиях рабочие в эксперименте строили более глубокие гнёзда.
Это особенно интересно потому, что подтверждает важную мысль: архитектура муравейника не записана в виде одного неизменного чертежа.
Муравьи меняют постройку в ответ на окружающую среду.
Как муравейник получает свежий воздух
Газообмен происходит через входы, пористый строительный материал и систему тоннелей, но разные виды используют эти возможности по-разному.
Внутри большого гнезда живут тысячи насекомых. Они используют кислород и выделяют углекислый газ.
Значит, воздуху нужно как-то обмениваться с внешней средой.
Особенно интересный механизм нашли у южноамериканских муравьёв-листорезов Atta vollenweideri.
Исследователи измеряли движение воздуха в огромных гнёздах и обнаружили, что важную роль играет ветер над поверхностью.
Из одних тоннелей воздух выходит, через другие поступает внутрь.
Получается своеобразная пассивная вентиляционная система.
Где в муравейнике живут личинки
Яйца, личинки и куколки находятся в специальных участках гнезда, а рабочие постоянно ухаживают за ними и могут переносить их в более подходящие камеры.
Муравьиные малыши не гуляют самостоятельно по тоннелям.
Рабочие кормят личинок, чистят расплод и переносят его.
Условия внутри гнезда неодинаковы: где-то теплее, где-то прохладнее, глубже обычно слабее меняется температура.
Поэтому перемещение расплода помогает использовать микроклимат разных участков муравейника.
Это ещё одна причина, почему внутреннее устройство нельзя представить как неподвижную квартиру с раз и навсегда закреплёнными комнатами.
Есть ли в муравейнике склад еды
У разных муравьёв пища хранится и используется совершенно по-разному, поэтому универсальной «кладовой» нет.
Рыжие лесные муравьи питаются насекомыми и сладкими выделениями тлей и используют другие доступные источники пищи.
А у муравьёв-листорезов всё устроено ещё необычнее.
Они действительно несут в гнездо кусочки листьев, но не едят их как салат.
Растительный материал используется для выращивания симбиотического гриба. Внутри огромной колонии существуют специальные грибные сады.
Так что два муравейника разных видов могут отличаться не меньше, чем человеческий дом и большая ферма.
Если хочется разобраться, что вообще представляет собой грибница, загляни в материал «Как растут грибы и почему они появляются после дождя».
Муравейник когда-нибудь бывает полностью достроен?
Практически нет: живое гнездо постоянно меняется.
Колония растёт — нужны новые пространства. Часть ходов перестаёт использоваться. После дождя что-то приходится ремонтировать. Меняется температура — рабочие перемещают расплод и перестраивают доступ к разным участкам.
Поэтому муравейник лучше сравнивать не с готовым дворцом, а с живым городом.
Его улицы могут появляться, расширяться и исчезать.
Можно ли заглянуть внутрь муравейника самому
Лучший способ исследовать живой муравейник — наблюдать снаружи и не разрушать его.
Не нужно раздвигать хвою, копать землю или заливать вход водой ради эксперимента.
Гораздо интереснее несколько минут посмотреть на поверхность.
Можно заметить, что одни муравьи несут материал к гнезду, другие выбегают наружу, третьи возвращаются с добычей.
Попробуй выбрать одну дорожку и проследить, что по ней движется в обе стороны.
Если прийти к тому же муравейнику через несколько дней, некоторые детали поверхности уже могут измениться.
Так можно своими глазами увидеть главное свойство муравьиного города — он никогда не бывает совершенно неподвижным.
Так как устроен муравейник
Муравейник — это постоянно меняющаяся сеть тоннелей, камер и входов, которую множество рабочих создаёт без единого центрального плана.
Видимый холм рыжих лесных муравьёв — только часть гнезда. Под ним продолжаются подземные помещения.
Муравьи используют разные участки для расплода, передвижения и других задач, регулируют условия внутри гнезда и постоянно ремонтируют постройку.
Самое удивительное — никто не видит сооружение целиком и не руководит всей стройкой.
Каждый муравей выполняет небольшое действие рядом с собой, а из тысяч таких действий возникает сложный подземный город.
Именно поэтому муравейник — один из самых наглядных примеров того, как простые правила поведения могут создавать невероятно сложную систему.
Коротко для школьного сообщения
Муравейник состоит из надземной и подземной частей. Внутри находятся тоннели и камеры, где рабочие ухаживают за расплодом, перемещаются и выполняют другие задачи.
Муравьи строят гнездо без единого архитектора. Каждый рабочий действует по простым местным правилам, реагируя на окружающую среду и действия соседей.
Учёные изучают подземное строение муравейников с помощью специальных слепков. Они показали, что гнёзда некоторых видов состоят из длинных шахт и множества камер и могут уходить на значительную глубину.
Источники
- Journal of Insect Science — The nest architecture of the Florida harvester ant
- PNAS — Stigmergic construction and topochemical information shape ant nest architecture
- Scientific Reports — Ant nest architecture is shaped by local adaptation and plastic response to temperature
- The Science of Nature — Wind-induced ventilation of leaf-cutting ant nests
- Wikimedia Commons — изображения, авторство и лицензии.