Муравьи научились превращать парниковый газ в «каменную броню»
В тесных подземных камерах, где скапливается углекислый газ, некоторые муравьи нашли способ не только выживать в такой среде, но и использовать ее для своих целей. Вместо того чтобы полностью выводить этот газ наружу, насекомые превращают часть его в прочный минеральный слой, который укрепляет их панцирь.
Муравьи-листорезы, выращивающие грибы, — настоящие фермеры в мире насекомых. Некоторые виды собирают свежие листья и приносят их в гнезда, чтобы использовать как субстрат для грибов, другие вместо листьев задействуют детрит и падаль. Выращенный урожай становится основной пищей для всей огромной колонии.
Но у такого подземного «фермерства» есть серьезная проблема — вентиляция. В колонии, где живут миллионы муравьев, одновременно растут грибы и гниют растительные остатки, концентрация углекислого газа (CO₂) в камерах может достигать высоких значений. Естественный газообмен с поверхностью затруднен, и если воздух не обновляется, атмосфера внутри гнезда становится сложной для дыхания.
Хотя у листорезов существуют механизмы для вывода углекислого газа из гнезда, работают они с разной эффективностью. Далеко не все виды могут похвастаться идеальной вентиляцией.
Исследователи давно изучают, как устроены муравьиные гнезда и как колонии регулируют газообмен — архитектура камер, способы вентиляции и поведенческие стратегии детально описаны. Но оставалось неясным, какую роль в регулировании газообмена играют поверхность тела муравьев и их микробы.
В 2020 году американские энтомологи под руководством Кэмерона Карри (Cameron Currie) из Висконсинского университета в Мадисоне наткнулись на первую подсказку. Они изучили муравьев вида Acromyrmex echinatior и обнаружили у рабочих особей уникальную биоминеральную броню (процесс биоминерализации), состоящую из кристаллов кальцита, которые особым образом распределены по поверхности хитиновой оболочки. Ничего похожего у насекомых раньше не находили. По мнению авторов исследования, этот слой существенно повышает прочность муравьиного панциря и выполняет защитную функцию.
Причины биоминерализации у листорезов до конца не выяснены, но ученые предположили, что главную роль в этом играют бактерии рода Pseudonocardia, которые состоят в симбиотических отношениях с Acromyrmex echinatior. Вероятно, эти бактерии непосредственно инициируют осаждение карбоната или участвуют в превращении CO₂ в твердые карбонатные минералы.
Теперь другая группа ученых, в которую вошел и Карри, обнаружила, что муравьи Sericomyrmex amabilis — близкие родственники листорезов, обитающие в Центральной и Южной Америке — также способны к биоминерализации. Однако, в отличие от предполагаемого механизма с участием бактерий у Acromyrmex echinatior, у этого вида пока не удалось обнаружить подобных симбионтов. Если это подтвердится, Sericomyrmex amabilis станут первыми известными науке животными, которые приобрели способность превращать газ в минерал в процессе собственной эволюции, а не за счет бактерий-помощников.
Чтобы выяснить, действительно ли Sericomyrmex amabilis способны к биоминерализации, Карри и его коллеги применили целый ряд методов, включая отслеживание стабильных изотопов углерода, наноразмерную вторичную ионную масс-спектроскопию и твердофазный ядерный магнитный резонанс с изотопом углерода-13. Эти методы показали, что часть CO₂ муравьи выводят наружу с помощью систем вентиляции, а часть превращают в прочный биоминеральный слой, который покрывает их экзоскелет.
Интересно, что в состав этого слоя входит доломит — карбонатный минерал с формулой CaMg(CO₃)₂, который химики с трудом получают в лаборатории. Его структура включает кальций, магний и карбонатные группы (CO₃²⁻).
В лабораторных условиях синтез доломита осложняет магний, который сильно гидратирован. Проще говоря, он окружен большим количеством молекул воды: они прочно притягиваются к нему за счет электростатического взаимодействия, что затрудняет внедрение магния в кристаллическую решетку карбоната кальция, из-за чего рост кристаллов замедляется до невозможности.
Чтобы обмануть природу и получить структурно упорядоченный доломит «в пробирке», ученым в большинстве случаев требуются повышенное давление и температура (порядка сотен градусов Цельсия).
В природе образование доломита обычно занимает от нескольких тысяч до миллионов лет, особенно если речь идет о формировании структурно упорядоченного минерала. В условиях низких температур и давлений ионам кальция и магния нужно время, чтобы выстроиться в идеальную кристаллическую решетку.
Карри и его коллеги установили, что Sericomyrmex amabilis создают частично упорядоченный доломит достаточно быстро и при относительно низких температурах. Как им это удается — главная загадка. Сейчас команда готовится к следующему этапу исследования: они хотят изучить «химическую кухню» муравьев и понять молекулярный механизм этого процесса.
Биоминерализация помогает насекомым решить сразу две задачи. Во-первых, биоминеральный слой укрепляет их экзоскелет — это отличная защита от врагов и опасностей внешнего мира. Во-вторых, и это главное, они избавляются от лишнего углекислого газа внутри гнезда.
Научная работа опубликована на сайте препринтов по биологии bioRxiv.
Telegram 
Дзен 
VK Исследователи опросили более 60 тысяч испытуемых из разных стран и выяснили: чем больше человек зациклен на себе, тем холоднее он к своему партнеру. Правда, снижение накала страстей не всегда плохо, у этого есть и положительные стороны.
Исследование крупнейшего в Европе массового захоронения медного века Камино-дель-Молино указало на то, что дети и подростки, жившие в Испании почти пять тысяч лет назад, страдали и умирали от хронических респираторных инфекций, в числе которых, вероятно был туберкулез.
Кофеин известен прежде всего как стимулятор, повышающий бодрость и физическую работоспособность, однако его влияние на глубинные процессы восстановления мозга во время сна остается предметом дискуссий. Систематический обзор 32 исследований показал, что кофеин не столько сокращает продолжительность сна, сколько меняет его нейрофизиологическое качество, подавляя медленноволновую активность мозга, и сдвигает спящий мозг в более поверхностное, возбужденное состояние.
Последние несколько лет по всему миру выходит множество работ о том, что микрочастицы искусственных полимеров накапливаются в тканях человека и могут быть небезопасны. Мы решили обратиться к академику Алексею Хохлову, чтобы дать трибуну противоположной точке зрения. Выбор между ними предлагаем сделать читателю.
Сотрудники Центра языка и мозга НИУ ВШЭ приняли участие в редкой для детской нейрохирургии операции с пробуждением у 11-летнего пациента с фармакорезистентной эпилепсией. Совместно с врачами НПЦ специализированной медицинской помощи детям имени В.Ф. Войно-Ясенецкого в Солнцево они сопровождали удаление участка левой височной доли, где был выявлен эпилептический очаг.
Исследователи опросили более 60 тысяч испытуемых из разных стран и выяснили: чем больше человек зациклен на себе, тем холоднее он к своему партнеру. Правда, снижение накала страстей не всегда плохо, у этого есть и положительные стороны.
В высокогорных районах Гималаев появился новый хищник. Он не боится людей, возглавляет стаи собак и все чаще заходит в деревни. Местные жители называют его «кхипшанг». Речь идет о гибриде гималайского волка и бродячей собаки. Ученые опасаются, что этот зверь изменит хрупкий баланс местной дикой природы и в скором времени станет весьма опасным для человека.
В доколумбовых Андах принадлежность к правящему роду определяла доступ к земле, торговле и статусу, поэтому удержать все внутри семьи было вопросом выживания. Ученые выяснили, что элиты долины Чинча решали эту задачу самым прямым способом — заключая браки между родственниками на протяжении как минимум двух поколений.
При совпадении нескольких условий наши глаза способны улавливать излучение в ближнем инфракрасном спектре. Тогда сетчатка начинает работать как нелинейный фотодетектор.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно
Последние комментарии