Муравьи помогут людям построить эффективные транспортные сети

О необычных способностях муравьев к эффективной навигации известно давно. Например, они могут строить ориентиры, обозначая дорогу домой: чтобы муравейник был лучше заметен, насекомые окружают его холмиками, видимыми издалека. А в 2021 году биологи из Германии, Австралии и США заметили, что насекомые, живущие в джунглях Панамы, сцепляются между собой, выстраивая защитные сетки, которые улавливают соскальзывающих собратьев, идущих по самым опасным участкам муравьиных троп.

Кроме того, муравьи применяют карантин для изоляции зараженных особей, уносят и лечат раненных в бою солдат. Теперь же выяснилось, что они строят свои гнезда не на основании врожденных навыков, накопленных их видом в течение его эволюции, а в зависимости от среды, в которой добывают пищу, и способа ее транспортировки к дому. Исследование опубликовано в журнале Philosophical Transactions of the Royal Society B.

Ученые проанализировали данные о 397 муравьиных гнездах из прошлых работ, а также провели новые исследования 42 гнезд, расположенных в Арчболдском заповеднике во Флориде (США). Всего получилось 439 гнезд и 31 вид муравьев.

Биологи изучили особенности, которые могут повлиять на то, как муравьи передвигаются внутри гнезда и на их коллективное поведение. Они также изучили четыре распространенные стратегии добывания пищи, применяемые муравьями. Оказалось, структура гнезда во многом определялась следующими факторами: способ добывания пропитания (в одиночку или группами), а также методами, которые они использовали для вербовки других муравьев, чтобы помочь найти и переносить пищу. 

Муравьиные гнезда состоят из туннеля, ведущего к входной камере, где муравьи привлекают других членов своей колонии для помощи в поиске или транспортировке еды. Оттуда туннели ведут вниз, в другие камеры: в них живут сами насекомые, хранят пищу или отходы. Это, по словам ученых, похоже на транспортные сети — здесь живут муравьи, но это еще своего рода сеть шоссе, куда и из которых они перемещают продукты и необходимые для жизни вещи.

Исследование показало, что размеры гнезда в основном связаны со стратегией поиска пищи. У одних видов еду приносят отдельные муравьи. У других — насекомое приносит еду в гнездо, чтобы привлечь других муравьев, чтобы они сопровождали его к источнику пищи. Также муравьи способны создавать непрерывный след между источником пищи и гнездом, который может сохраняться месяцами, или оставить феромонный след, по которому члены колонии могут следовать в больших количествах, — это явление назвали «массовым набором». Гнезда видов, которые используют стратегию массового поиска пищи и устойчивых троп, были значительно глубже, чем у видов, ищущих еду в одиночку. Кроме того, стратегия кормодобывания связана с количеством камер, причем их количество было больше у видов с массовым и стабильным поиском пищи по тропам, чем у видов, которые используют одиночный поиск пищи.

Ученые подтвердили свою теорию о том, что гнезда видов, которые используют стратегию массового поиска пищи и устойчивых троп, были значительно глубже, чем у видов, которые ищут еду в одиночку. Кроме того, стратегия кормодобывания связана с количеством камер: их количество было больше у видов с массовым и стабильным поиском пищи по тропам, чем у видов, которые используют одиночный поиск пищи. А вот предположения о том, что гнезда собирателей, собирающих массовое пополнение, будут иметь большую «плотность сети» — то есть большее количество связей между камерами, — чем гнезда, построенные другими видами, не подтвердились.

У муравьев, использующих все четыре стратегии добывания пищи, плотность сети была относительно низкой, причем это касалось даже больших гнезд с сотнями камер. В результате ученые установили, что при всех стратегиях поиска пищи гнезда с наибольшим количеством камер имеют самую низкую плотность сети. Исследователи связали это с тем, что слишком много туннелей между камерами могут ослабить структурную целостность гнезда и это может привести к разрушению всей системы.

По мнению специалистов, люди могут перенять опыт насекомых в строительстве дорог: мы тоже вынуждены жить и функционировать в самых густонаселенных местах. 

«Если бы дороги были лучше адаптированы под разные задачи, например перевозку товаров или людей, транспортные сети были бы эффективнее. Пробки на автострадах в Южной Калифорнии можно было бы сократить, если выделить специальные полосы для грузовых автомобилей, следующих в крупные логистические центры и обратно, такие как порты, склады и распределительные центры», — говорится в исследовании.