Воск на поверхности тела муравьёв одновременно оптимизирует две ключевые функции
Выживание муравьиной колонии зависит от способности её членов отличать своих сородичей от муравьёв чужой — и потенциально враждебной — колонии. Это так называемое распознавание сородичей основано на запахах, которые испускает очень тонкий слой воска, покрывающий тело каждого муравья. Одновременно этот восковой слой защищает тело муравья от потери влаги. Учёные из Университета имени Иоганна Гутенберга в Майнце (JGU) обнаружили, что эти две функции воскового слоя сохраняются даже в случаях конфликтующих потребностей.
"Муравьи могут одновременно адаптировать свой восковой слой для удовлетворения двух потребностей и, таким образом, оптимизировать его", — заявил эволюционный биолог JGU доктор Флориан Менцель. "Они могут адаптировать свой восковой слой к внешним температурам и таким образом подстраиваться под различные требования к водонепроницаемости. Это меняет состав слоя, но закодированная в нём информация для взаимного распознавания в значительной степени остаётся прежней".
Восковой слой защищает от высыхания и содержит коммуникационные сигналы
Все наземные животные должны предотвращать потерю влаги своим телом. Для этого почти у всех насекомых есть восковой слой, который покрывает их тела подобно коже. Этот слой состоит из нескольких десятков или даже более сотни различных соединений — кутикулярных углеводородов (CHCs), — которые специфичны и характерны для каждого вида. Биологи могут использовать эти CHCs, чтобы легко различать даже близкородственные виды. У общественных насекомых, таких как пчёлы и муравьи, этот восковой слой имеет и другие функции. Он содержит информацию о принадлежности к определённому виду, к определённой колонии или о том, является ли особь рабочим или маткой.
При повышении температуры воск всё больше разжижается и перестаёт защищать животных от высыхания. Однако муравьи способны быстро адаптировать состав воска, чтобы противодействовать плавлению CHCs. Команда эволюционных биологов под руководством доктора Флориана Менцеля исследовала, меняет ли адаптация смеси CHCs к внешней температуре также информацию, используемую для распознавания сородичей.
Исследование агрессивного поведения после температурных обработок
Учёные подвергли два вида муравьёв рода Lasius воздействию разных температур, а затем наблюдали за их поведением. Чёрный садовый муравей (Lasius niger) — самый распространённый вид в наших садах и на лугах, а плоскогрудый садовый муравей (Lasius platythorax) обитает в основном в лесах или на болотах. Последний поразительно похож на своего родственника и был признан отдельным видом лишь около 30 лет назад.
Небольшие колонии обоих видов содержались при прохладной, тёплой и колеблющейся температуре (прохладно ночью и тепло днём). Через три недели биологи проанализировали состав воска и наблюдали, насколько агрессивно муравьи вели себя по отношению к сородичам и не-сородичам из той же или другой температурной группы.
Разделение функций критически важно для выживания колонии
"Муравьи определённо могли определить, был ли их визави из того же гнезда или нет", — сообщила ведущий автор исследования Марти Виттке. "Однако бывшие сородичи из другой температурной среды встречались с большей агрессией". Муравьи легко отличали членов своей колонии от чужих — даже если сородичи подвергались воздействию другой температурной среды.
"Влияние температуры на распознавание было удивительно небольшим, даже несмотря на то, что состав воскового слоя резко различается между температурными группами", — пояснил Менцель, предполагая, что распознавание членов колонии имеет гораздо более высокий приоритет. "Распознавание колонии чрезвычайно важно. Если чужаки, будь то из того же или другого вида, не обнаружены и могут проникнуть в колонию, это может привести к большим проблемам, например, если хищники войдут в колонию и съедят их личинок. Но было бы столь же фатально, если бы настоящим сородичам внезапно запретили возвращаться".
Опубликованное в журнале Functional Ecology исследование показывает, что для обнаружения принадлежности к колонии достаточно всего нескольких компонентов воска. "Кажется, что одни углеводороды служат больше для распознавания, а другие — больше для защиты от высыхания, хотя ни один углеводород явно не служит только одной или другой функции. В конечном итоге, конечно, жизненно важно сохранить обмен коммуникационными сигналами относительно независимым от функции водонепроницаемости, даже если обе функции закреплены в восковом слое. По физическим причинам, однако, две функции не могут быть полностью разделены".
Интересно, что две функции — поддержание водонепроницаемости, а также коммуникация — были более переплетены у чёрного садового муравья, чем у плоскогрудого садового муравья. "Мы пока не понимаем эту разницу", — добавил Менцель.