Могут ли муравьиные гнезда хранить секрет уменьшения пробок на автостраде?

В новом исследовании биологи Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе обнаружили информацию о том, как муравьи строят свои гнезда, которая может быть полезна для разработки более эффективных транспортных систем для людей.

Ученым было интересно узнать, больше ли влияние на то, как муравьи строят свои гнезда, имеет эволюционная история каждого отдельного вида или текущие экологические условия. Они обнаружили, что эволюция не может объяснить различия, которые они наблюдали среди гнезд разных видов. Скорее, они обнаружили, что среда, в которой муравьи добывают пищу, и способ ее транспортировки являются основными факторами, определяющими, как каждый вид строит свои гнезда.

Урок для людей? Если бы дороги были лучше адаптированы к путям перемещения товаров и людей по нашим городам, транспортные сети могли бы быть более эффективными. Например, заторы на автострадах Южной Калифорнии можно было бы уменьшить, если бы были выделены полосы или дороги для грузовых автомобилей, следующих в крупные логистические центры и обратно, такие как порты, склады и распределительные центры.

«Муравьи сталкиваются с теми же проблемами, с которыми мы сталкиваемся, когда речь идет о жизни в людных местах», — сказал Шон О’Фаллон, докторант Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе по экологии и эволюционной биологии и первый автор исследования. «Мы плотно заселены в городах, и в идеале мы должны быть плотно связаны друг с другом, но существуют ограничения на то, насколько тесно мы можем быть расположены вместе. Места для строительства зданий и дорог ограничено».

В исследовании, опубликованном в Philosophical Transactions of the Royal Society B , ученые проанализировали информацию из двух источников: подробности о 397 муравьиных гнездах взяты из ранее опубликованных данных и изображений, а авторы провели новые исследования 42 других гнезд, все из которых расположены в Арчболдском заповеднике. Биологический заповедник недалеко от Венеры, Флорида. Всего в 439 гнездах представлен 31 вид муравьев.

Они обнаружили, что структура гнезда во многом определялась такими факторами, как то, добывают ли муравьи пищу в одиночку или группами, а также методами, которые они использовали для вербовки других муравьев, чтобы помочь найти и переносить пищу. Короче говоря, активность и поведение животных играют большую роль в строительстве гнезда, чем любой врожденный эволюционный шаблон.

«Вы можете думать о самом гнезде как о транспортной сети — здесь живут муравьи, но это также своего рода сеть шоссе, куда и из которых они перемещают вещи», — сказала Ноа Пинтер-Уоллман, профессор экологии и эволюционной биологии Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе. соответствующий автор статьи.

Исследователи изучили четыре распространенные стратегии добывания пищи, используемые муравьями. У некоторых видов отдельные муравьи охотятся за едой. В других случаях муравей приносит еду в гнездо, чтобы привлечь других муравьев, чтобы они сопровождали его к источнику пищи. Муравьи также могут образовывать непрерывный след между источником пищи и гнездом, который может сохраняться месяцами. Или они могут оставить феромонный след, по которому члены колонии могут следовать в больших количествах — явление, которое исследователи назвали «массовым набором».

Муравьиные гнезда состоят из туннеля, ведущего ко входной камере, где муравьи привлекают других членов своей колонии для помощи в поиске или транспортировке еды. Из входной камеры туннели ведут вниз в другие камеры, которые соединены туннелями с еще более глубокими камерами. Камеры служат разным целям, например, для хранения продуктов питания и отходов, а также для выращивания молодняка.

Исследователи ожидали, что у видов муравьев, которые используют стиль массового набора пищи, входные камеры гнезд будут больше, чем в гнездах других видов, потому что эти пространства должны позволять взаимодействовать большему количеству муравьев. Действительно, они обнаружили, что это так.

Однако ученые также ожидали, что гнезда собирателей, собирающих массовое пополнение, будут иметь большую «плотность сети» — то есть большее количество связей между камерами — чем гнезда, построенные другими видами. Большая плотность сети, по мнению ученых, поможет облегчить перемещение муравьев и ресурсов по гнезду.

Но исследование показало, что у муравьев, представляющих все четыре стратегии добывания пищи, плотность сети была относительно низкой — даже для больших гнезд с сотнями камер. Фактически, исследование показало, что при всех стратегиях поиска пищи гнезда с наибольшим количеством камер, как правило, имеют самую низкую плотность сети.

В статье исследователи пишут, что находка может быть просто функцией архитектуры: слишком много туннелей между камерами может ослабить структурную целостность гнезда, что может привести к разрушению всей системы.

«Муравьям приходится балансировать между эффективностью тесно связанных между собой гнезд и архитектурной стабильностью», — сказал Пинтер-Воллман. «С одной стороны, они хотят, чтобы транспортировка была быстрее, но если они начнут делать слишком много связей, гнездо рухнет».