Черные садовые муравьи, столкнувшись с угрозой эпидемии, разворачивают масштабное строительство: прокладывают более длинные и запутанные туннели, разносят входы и изолируют жилые камеры. Авторы нового исследования назвали этот феномен «архитектурным иммунитетом».
Черные садовые муравьи, столкнувшись с угрозой эпидемии, разворачивают масштабное строительство: прокладывают более длинные и запутанные туннели, разносят входы и изолируют жилые камеры. Авторы нового исследования назвали этот феномен «архитектурным иммунитетом».
Болезни легко распространяются в скученных, плотных поселениях. Это относится не только к человеку, но и другим животным, особенно общественным.
В прошлом, даже не зная об инфекционной природе болезней, люди меняли планировку городов для борьбы с чумой и холерой. Строители прокладывали широкие улицы, чтобы города лучше проветривались от «миазмов», выносили кладбища за пределы городских стен и проводили канализацию. Как оказалось, реконструкция поселений — это решение для борьбы с болезнями, отточенное эволюцией, и применяют его даже насекомые.
Животные меняют поведение, когда сталкиваются с распространением болезни среди сородичей, например избегая больных особей и сокращая количество контактов. Муравьи увеличивают компартментацию своих семей. Что это значит?
Муравьиная колония состоит из множества групп, занимающихся разными делами. Есть фуражиры, которые ищут и приносят еду, есть солдаты, няньки, строители и прочие специальности. Во время вспышек заболеваний группы становятся меньше, а контакты между ними — реже.
Но и сам по себе муравейник — сложное сооружение с множеством специализированных помещений, построенных и размещенных не как попало, а особым образом, сообразно своим функциям. Авторы исследования, опубликованного в журнале Science, озадачились вопросом: а не возводят ли муравьи свои постройки как-то иначе во время эпидемий? Может, стройка идет медленнее из-за больных рабочих? Может, меняются объем помещений и количество ходов?
Ученые взяли 20 групп обычных черных садовых муравьев Lasius niger, по 200 особей каждая. Выдали им набор из куколок и яиц — как в природе — и поселили в пластиковые цилиндры, заполненные смесью песка и глины. Из каждой группы изъяли по 20 особей, половину этих малых групп заразили суспензией спор патогенного грибка Metarhizium brunneum, а половину обработали пустым, без грибка, раствором. Всем семьям давали мушек-дрозофил, тараканов и сладкий сироп для пропитания.
Metarhizium brunneum — опасный природный патоген муравьев. Споры грибка передаются при контактах между особями, прорастают внутрь тела и убивают хозяина за три-семь дней. В течение 10 дней погибают девять из 10 инфицированных муравьев. Большим группам позволили свободно рыть гнезда, а через день вернули им сородичей. Половине семей — зараженных грибком, а остальным — помытых раствором.
За строительством гнезд наблюдали с помощью микро-КТ, то есть трехмерного рентгеновского сканирования. Сканирование проводили для каждой группы дважды: один раз перед подселением зараженных и контрольных групп, второй раз — в конце эксперимента, через шесть дней. Такой срок выбрали потому, что в других исследованиях, о влиянии перепадов температур, именно за это время наблюдались изменения в архитектуре муравейников. К тому же за шесть дней смертность рабочих от грибка не так высока, чтобы повлиять на стройку.
По мере увеличения гнезд муравьи выбегали на поверхность все реже, что и понятно: с углублением гнезда работы внизу прибавляется, общая суета уменьшается, на поверхность выбегают только редкие особи и строго по делу. Например, чтобы принести сверху еще мух и тараканов.
Но зараженные особи выбирались на поверхность чаще остальных, притом что грибок Metarhizium brunneum никак не увеличивает подвижность своих жертв. Ученые трактовали это как изоляцию или самоизоляцию больных, которые теперь проводили больше времени наверху, а значит, меньше разносили заразу в общей массе муравьев.
Изменилась не только частота, с которой больные выбегали на поверхность. Зараженные семьи еще и быстрее расширяли свои гнезда, причем за счет рытья новых туннелей. Камеры же в объемах не поменялись, выходов больше не стало. Более того, в зараженных гнездах выходы располагались дальше друг от друга, примерно на шесть миллиметров.
Для садового муравья это довольно много, ведь он и сам не вырастает длиннее половины сантиметра.
Результаты сканирования показали следующее: в зараженных гнездах увеличилась длина туннелей, но соединений между ними стало меньше. Муравьи сократили число переходов из камеры в камеру, перекрестков между туннелями. Связность между помещениями в зараженных гнездах была меньше, чем в здоровых.
Чтобы узнать, влияют ли эти изменения на ход эпидемии, ученые смоделировали распространение патогенов в гнездах, построенных зараженными группами. Они совместили поведение и особенности архитектуры зараженных гнезд и увидели, что муравьиная «самоизоляция», то есть склонность больных особей чаще выходить на поверхность, сокращает распространение спор грибов примерно вдвое. Самоизоляция и архитектура создают синергию, усиливая общую защиту муравьиной семьи от заразы.
Ученые задались вопросом: а что, если больные муравьи просто не могут строить иначе? Может быть, у них не получается создавать нормальные поселения с большим количеством перекрестков и переходов между камерами?
Скорее всего, дело не в побочных эффектах болезни. Во-первых, первые изменения в строительстве появились через 24 часа после заражения. За это время гриб даже не успел проникнуть в полость тела муравьев. Во-вторых, зараженные муравьи рыли туннели быстрее здоровых, хотя в целом были вялыми, кроме того, чаще проводили время снаружи.
В-третьих, одни только зараженные особи (всего 10% населения) не смогли бы так сильно повлиять на структуру построек. Разнесение входов, изменение топографии, длина туннелей — все это не могло происходить без «решений» здоровых муравьев.
Как именно эти «решения» принимаются в муравьином сообществе — вопрос для дальнейших исследований. Поиск ответа на него авторы назвали захватывающим.
Автор: Максим Абдулаев