Учёные раскрыли секрет строительства гигантских термитников
Термиты — архитекторы природного мира. Их гнёзда достигают нескольких метров в высоту, имеют сложные структуры, галереи для эффективной коммуникации и систему автономной вентиляции. Как тысячи или миллионы насекомых координируют работу для создания таких прочных и функциональных сооружений?
Новое исследование под руководством Андреа Перны, профессора сложных систем в IMT School for Advanced Studies Lucca, опубликованное в журнале eLife, выявило уникальный механизм, который используют термиты для решения этой задачи.
Эксперимент и гипотезы
В лабораторном эксперименте с термитами вида Coptotermes gestroi исследователи создали небольшие арены с искусственными структурами разной высоты и формы из влажной глины. Они наблюдали за поведением термитов с помощью видеотрекинга, одновременно фиксируя изменения 3D-структуры.
Были проверены несколько гипотез координации:
- Феромоны (как у муравьёв): Термиты не должны были проявлять предпочтений в местах отложения строительного материала (пеллет) в отсутствие феромонов в искусственной арене. Однако они локализовали отложения строго на вершинах существующих структур.
- Оценка высоты: Термиты с равной вероятностью откладывали пеллеты как на короткие, так и на высокие столбики, что опровергло эту гипотезу.
- Чувствительность к кривизне: Предыдущее моделирование показало, что добавление материала в местах с наибольшей кривизной может создавать сложные структуры, похожие на термитники.
Ключевое открытие: роль влажности
Термиты в эксперименте всегда предпочитали строить в местах с наибольшей кривизной: на вершинах столбиков (независимо от высоты) и на углах стен. Вопрос: как они так надёжно определяют кривизну?
Исследователи предположили связь с испарением воды и влажностью. Термиты крайне чувствительны к влажности из-за тонкого экзоскелета и мягкой кожи; даже длительное воздействие влажности ниже 70% может быть для них смертельным.
Чтобы это доказать, учёные использовали «гениальное низкотехнологичное решение»: арены пропитали солевым раствором бикарбоната натрия. По мере испарения воды оставались крошечные кристаллы соли, рост которых отмечал области с наибольшим испарением. Ими оказались кончики столбов и углы стен — те самые области, которые выбирали термиты для строительства.
Простой механизм сложных структур
«Нас действительно удивило, что термиты используют такое простое решение для очень сложной проблемы», — комментирует Перна.
Сложность гнезда возникает из одного простого механизма:
- Термиты добавляют пеллеты материала в зависимости от локальной влажности.
- Добавленные пеллеты изменяют всю картину испарения и влажности.
- Это побуждает других термитов строить в другом месте.
- Цикл повторяется, пока не образуются очень сложные структуры.