Биологи выяснили, почему муравьи стали одними из самых многочисленных существ на планете
Согласно научным данным, на Земле живут 20 квадриллионов муравьев, что составляет примерно 2,5 миллиона муравьев на каждого человека. Ученые давно спорят, почему эти насекомые стали одними из самых многочисленных существ по числу особей. Авторы нового исследования, похоже, нашли ключ к разгадке.
Муравьи (Formicidae) играют важную роль в наземных экосистемах. Они способствуют аэрации почвы, насыщают ее кислородом и улучшают структуру. Кроме того, участвуют в переработке органических веществ и ускорении разложения, помогают в распространении семян растений.
По состоянию на 2025 год описано 15,7 тысячи видов муравьев, что делает их одними из самых многочисленных животных на планете. На самом деле, это число может быть гораздо выше, поскольку многие виды остаются неизвестными науке.
Ученые давно пытаются понять, за счет чего муравьи добились такого доминирования. Размер тела у них небольшой, силы — ограниченные, продолжительность жизни — короткая. При этом муравьиные колонии часто насчитывают тысячи и даже миллионы особей и действуют как единый организм. Может быть, именно такой социальный образ жизни стал одним из важнейших факторов, обеспечивших широкое распространение муравьев?
Каждый муравей в системе — отдельный «продукт», на выращивание которого колония тратит ресурсы. Как и в любой производственной цепочке, здесь возникает классический экономический вопрос: что выгоднее — вложиться в небольшое количество крепких и надежных «единиц» или же сделать ставку на массовое производство более слабых и дешевых?
Для муравья главная «броня» и каркас — его внешний скелет, кутикула. Это многослойная структура из хитина и белков, которая защищает от механических повреждений, потери влаги и инфекций. Но такая броня обходится дорого. Хитин — это азотсодержащий полисахарид. Таким образом, азот — обязательный элемент для синтеза кутикулы. Проблема в том, что азот часто ограничен в окружающей среде в доступной для живых организмов форме, то есть для муравьев он всегда на вес золота.
Если у вида муравьев генетически заложена толстая и прочная кутикула, на формирование каждого рабочего или солдата уходит больше ресурсов. Личинки в таких колониях с самого начала развиваются так, что их внешний скелет требует больших затрат азота. В результате колония физически не может вырастить много рабочих — ресурсов просто не хватает. У видов с более тонкой кутикулой все устроено иначе. Их личинки формируют менее массивную оболочку, каждая особь обходится дешевле, и колония способна прокормить и вырастить гораздо больше особей.
В 2017 году команда мирмекологов под руководством Кристиана Питтерса (Christian Peeters) из Парижского университета изучила толщину кутикулы у 42 видов муравьев. Ученые обнаружили, что у одних видов «броня» была толщиной менее одного микрона — как толщина многих бактерий; у других — почти в 100 раз толще, достигая толщины человеческого волоса.
Питтерс и его коллеги выдвинули смелую гипотезу: возможно, для некоторых видов эволюция «сэкономила» на индивидуальной защите особей, чтобы иметь возможность производить их в гораздо больших количествах. Это и могло стать эволюционным путем к созданию гигантских суперколоний. Однако проверить идею на больших данных тогда не удалось — руководитель исследования умер, вследствие чего проект приостановили.
Международная группа исследователей, возглавляемая Артуром Матте (Arthur Matte) из Кембриджского университета в Великобритании, продолжила дело коллег и выяснила, что они были правы. Ученые не просто подтвердили гипотезу Питтерса, а поняли, как экономическая стратегия муравьев повлияла на всю их эволюционную историю.
Матте вместе с командой разработали специальные компьютерные алгоритмы на основе компьютерного зрения. Эти программы научились автоматически анализировать трехмерные микротомографические снимки муравьев и с высочайшей точностью измерять толщину их кутикулы. В качестве материала исследователи использовали оцифрованную коллекцию Antscan — обширную базу данных, созданную предыдущей командой.
В итоге ученые получили точные данные по 880 образцам, принадлежащим 507 видам муравьев. Это беспрецедентный по объему массив данных.
Анализ данных показал четкую и однозначную корреляцию. Виды муравьев, которые образуют самые крупные колонии, имеют в среднем гораздо более тонкую кутикулу. При этом дело не в том, что сами муравьи становятся меньше. Рабочие особи могут оставаться крупными, но их «броня» оказывается тоньше и легче.
По словам Матте, в процессе эволюции такие виды сделали выбор между качеством и количеством. На «броню» каждой отдельной особи уходит меньше ресурсов, вместо этого формируется огромная армия исполнителей. Когда рабочих много, между ними распределяются все задачи, и колония в целом начинает работать как более сложный и эффективный единый организм.
Исследователи также проверили, как на толщину кутикулы влияют другие факторы. Оказалось, что климат и диета также влияют на толщину кутикулы, но этот эффект менее выражен, он скорее играет второстепенную роль.
В жарком климате кутикула в среднем оказалось толще — вероятно, для лучшей защиты от испарения влаги. У хищных видов или тех, кто выращивает грибы в своих муравейниках, например муравьи-листорезы (Atta, Acromyrmex), панцирь также прочнее. У видов, питающихся преимущественно сладкими выделениями тлей, кутикула тоньше. Однако ключевое открытие в том, что связь «большая колония — тонкая кутикула» работает независимо от диеты.
Но самое интригующее открытие ждало ученых впереди. Они сопоставили данные о кутикуле с эволюционным древом муравьев и скоростью видообразования. Оказалось, группы с более тонкой кутикулой не просто образуют большие колонии — они эволюционируют и дают начало новым видам гораздо быстрее.
Ни размер колонии, ни размер тела особей сами по себе не показали такой сильной связи с ускоренным видообразованием. Получается, стратегия «дешево и много» стала не просто социальным преимуществом, а мощнейшим эволюционным двигателем. Она позволила муравьям быстро занимать новые экологические ниши и адаптироваться к разным условиям, что в итоге привело к их сегодняшнему численному господству на Земле.
Таким образом, секрет муравьиного успеха кроется в гениальной простоте эволюционной стратегии. Чтобы завоевать мир, им не понадобилось отращивать когти или вырабатывать яды. Вместо этого они, образно говоря, «похудели» — сократили инвестиции в индивидуальную броню каждой особи. Экономия драгоценного азота позволила направить ресурсы на самое главное — количество. Многочисленные, но более «дешевые» в производстве особи могли строить сложнейшие колонии, эффективно осваивать ресурсы и, что критически важно, быстрее эволюционировать.
Результаты исследования представлены в журнале Science Advances.
Telegram 
Дзен 
VK Ученые нашли убедительное свидетельство того, что Большое Магелланово Облако — одна из ближайших к нам галактик — впервые приближается к Млечному Пути. Это открытие меняет представления о будущем нашей Галактики — от орбит спутников до распределения окружающего газа.
Психопатия — пугающее расстройство личности, оно ассоциируется с безжалостностью, жестокостью, агрессией и насилием. Неудивительно, что самая большая концентрация выявленных психопатов наблюдается в тюрьмах, где каждый 25-й заключенный демонстрирует высокий уровень психопатии. Помимо социальных проблем, эта болезнь наносит обществу материальный ущерб, достигающий сотен миллиардов долларов в год.
Во времена Екатерины II один из немецких колонистов в России мутировал, из-за чего все его потомки получали раннюю болезнь Альцгеймера. Теперь среди них появился первый, кого она не тронула, — по мнению ученых, благодаря жаре, которой он должен был подвергаться на работе.
Генетика интеллекта сложна и связана с разными психоневрологическими состояниями. Оказалось, то, что повышает эрудицию, может ухудшать способность решать творческие задачи, — и наоборот. Причем паттерны этих связей уникальны для каждого диагноза.
Ученые давно сделали вывод о том, что в поздней Античности монеты перестали представлять собой цену как валюта, однако не было понятно когда именно это произошло. Новое исследование погребения римского воина из бельгийского форта Оденбург показало, в какой момент монеты стали цениться просто весом металла в кошельке.
Полифенолы и другие соединения заваренного кофе в лабораторной модели связывались с ядерным рецептором NR4A1, который участвует в ответе клеток на стресс, воспаление и повреждение. Вещества меняли активность рецептора и тормозили рост опухолевых клеток, а при подавлении рецептора эффект слабел. Ученые предложили молекулярное объяснение части полезных эффектов кофе, но не проверяли их у людей.
В последнее время пуски с российских северных космодромов осуществляют без предварительного уведомления, чего не было в прошлом. Вероятно, дело в недавно упомянутых главой «Роскосмоса» атаках на Плесецк во время пуска. Сегодняшний запуск обеспечил вывод на орбиту космических аппаратов военного назначения.
Когда международная экспедиционная группа, исследующая море Уэдделла в Антарктиде на борту ледокола «Поларштерн», попыталась укрыться от шторма, ученые и экипаж судна удивились внезапному появлению острова, не обозначенного ни на одной морской карте.
Окаменелые остатки рептилии возрастом 289 миллионов лет сохранили полное анатомическое устройство грудной клетки ранних покорителей суши. Благодаря нетронутым хрящам исследователи реконструировали механику первого полноценного реберного дыхания. Наличие в тканях оригинальных белков подтвердило, что сложные органические молекулы способны сохраняться в палеонтологической летописи почти на 100 миллионов лет дольше, чем считалось.
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