Меньшие колонии муравьев живут быстрее и умирают моложе

Меньшие по размеру колонии муравьев, как и отдельные особи в них, живут быстрее, умирают раньше и тратят больше энергии, чем их более крупные аналоги. К такому выводу пришли исследователи, рассматривающие колонии как "суперорганизмы", где социальные насекомые функционируют подобно клеткам в теле.

Исследование, опубликованное 23 декабря в журнале Biology Letters, описывает новую математическую модель, способную предсказать выживаемость, рост и продолжительность жизни муравьиных колоний. Доктор Чэнь Хоу, доцент биологических наук в Миссурийском университете науки и технологий, является одним из авторов работы и разработал математические модели для прогнозирования роста и выживания колоний.

В статье Хоу и его коллеги сравнили скорость метаболизма, роста, размножения и долголетия отдельных муравьев с теми же характеристиками целых колоний. Модели основаны на законе Клейбера — наблюдении, что скорость метаболизма организма (скорость обработки и использования энергии) имеет тенденцию увеличиваться пропорционально его массе тела в степени 3/4. Это также известно как "скейлинг в степени четверть".

Как объясняет Хоу, лошадь может быть в 10 000 раз тяжелее мыши, но не потребляет в 10 000 раз больше энергии. Применяя скейлинг в степени 3/4, можно определить, что лошадь, которая в 10 000 раз крупнее мыши, потребляет всего в 1 000 раз больше энергии (поскольку 10 000 в степени 3/4 равно 1 000).

Этот же феномен, как отмечают авторы, применим к муравьиным колониям. Отдельные муравьи в крупных колониях потребляют и используют меньше энергии, чем их сородичи в маленьких колониях, подобно тому как клетки лошади используют меньше энергии, чем клетки мыши. Поэтому исследователи классифицируют колонии как "суперорганизмы".

Сопоставив данные реальных колоний с предсказаниями моделей, учёные обнаружили, что масса тела и скорость метаболизма увеличиваются с согласованной скоростью, близкой к скейлингу в степени 3/4, как для рабочих муравьёв и маток, так и для их колоний.

На основе этих выводов была разработана математическая модель для прогнозирования продолжительности жизни колонии, связав её с размером (массой) колонии. Оказалось, что более крупные колонии, как правило, живут дольше и используют меньше энергии, чем мелкие.

Исследование продолжает работу 2010 года, опубликованную в Proceedings of the National Academy of Sciences, где авторы впервые представили идею, что общества насекомых функционируют как единый суперорганизм.

Другие исследователи применяют скейлинг в степени четверть к целым городам, чтобы определить, функционируют ли они в некотором роде как "суперорганизмы" с точки зрения использования энергии. Например, было обнаружено, что показатели энергопотребления города, такие как количество заправок или общая длина кабелей, масштабируются сублинейно с размером города.

"Подобно примерам с муравьями и клетками, из двух похожих людей тот, кто живёт в большем городе, более энергоэффективен", — говорит Хоу.