Муравьи-фермеры и склонные к драмам осы: как насекомые адаптируются к климату
Американский эколог-эволюционист Джонатан Шик и его команда провели более 100 часов, лёжа на полу тропического леса в Панаме и наблюдая за муравьями-листорезами. Учёные изучали их пути фуражировки и предпочтения, аккуратно извлекая пинцетом кусочки растений из челюстей насекомых для анализа.
Крошечные фермеры
Целью было понять, как эти насекомые с крошечным мозгом эволюционировали в высокоуспешных фермеров, способных справляться с изменениями окружающей среды. Муравьи развили сельское хозяйство исключительно путём естественного отбора, без технологий или культуры, и процветали в течение 60 миллионов лет климатических изменений.
Листорезы десятков видов собирают кусочки свежей растительности, тщательно выбирая из множества видов растений. В гнезде они превращают собранный материал в компост для выращивания одомашненного гриба, который служит им пищей.
Устойчивость сельского хозяйства муравьёв
В рамках пятилетнего проекта ЕС ELEVATE (2018–2023 гг.) команда Шика сочетала полевые исследования с лабораторными экспериментами, чтобы понять устойчивость этого земледелия. Гриб-культура имеет специфические пищевые потребности в таких компонентах, как азот, фосфор и кальций.
В лаборатории Копенгагенского университета было создано около 150 искусственных колоний муравьёв в климатических камерах, имитирующих разную температуру и влажность. Учёные предлагали муравьям различные комбинации питательных веществ для сбора.
Анализ показал, что слишком богатая белком диета токсична для гриба. Муравьи в лаборатории предпочитали позволить грибному саду умереть от голода, чем приносить такие питательные вещества в гнездо. Эта оптимальная комбинация питательных веществ совпала с той, которую муравьи собирают в панамском лесу.
Эволюция симбиоза
По сравнению с более примитивными предками, муравьи-листорезы выращивают более питательный гриб. Однако их культура развила более специфические пищевые потребности, становясь всё более зависимой от муравьёв-фермеров в обеспечении правильных условий роста.
Неожиданные открытия, опубликованные в журнале Nature Ecology and Evolution, вдохновляют на новые исследования. Например, сейчас команда пытается выяснить, почему некоторые муравьи, выращивающие грибы, используют кусочки экскрементов гусениц для удобрения своего урожая. Учёные подозревают, что это может удалять токсичные химические вещества из некоторых листьев тропического леса.
Неродственные осы
В Африке другой вид насекомых — осы — вынужден адаптировать социальное поведение к климатическим вариациям. Биолог Патрик Кеннеди из Бристольского университета исследует, заставляют ли климатические различия африканских ос быть более альтруистичными.
В животном мире особи обычно помогают родственникам с общими генами. Однако последние данные показывают, что в умеренных зонах (например, в Европе) неродственные осы работают вместе чаще, чем в тропиках. Учёты полагают, что умеренный климат заставляет ос впадать в спячку зимой, после которой они часто теряют связь с близкими родственниками. Чтобы выжить, им приходится сотрудничать с особями, не обязательно имеющими те же гены.
В рамках проекта WaspCLIM (начался в январе 2021 года) Кеннеди вместе с африканскими учёными из университетов Яунде и Дуалы исследует социальное поведение вида ос, обитающего в различных климатических условиях — от тропического Камеруна до более разнообразной Южной Африки, где зимние температуры могут опускаться до 15°C.
Полевые эксперименты с осами
В полевых условиях учёные пометили сотни ос разными цветными системами: от одной до трёх точек на левом крыле обозначали конкретное гнездо, а метка на правом крыле — конкретную особь. Также у ос брали крошечный образец ткани ноги для анализа ДНК.
Исследователи предлагали осам выбор: работать вместе или отказаться от сотрудничества — строить собственное гнездо или действовать как подчинённые в другом, отслеживая их поведение с помощью камер.
Осы как модель и помощники
По словам Кеннеди, осы особенно интересны, потому что их поведение, в отличие от «воспитанных» пчёл, больше напоминает человеческое: их гнёзда полны семейных драм, предательств и борьбы за власть.
Команда исследует, что движет выбором ос, и рассматривает возможность использовать их как потенциальных союзников в борьбе с вредителями сельскохозяйственных культур в Африке. Осы являются идеальным объектом для изучения того, как климатические факторы влияют на кооперацию животных.