Содержание
«Ленивые» муравьи оказались незаменимой рабочей силой
«Ленивые» муравьи, не участвующие в ежедневной активности своей колонии, необходимы в качестве дополнительной рабочей силы. К такому выводу пришли ученые из США и Великобритании, которые изучали поведение колоний насекомых, из которых убирали самых активных и самых неактивных работников. Ученые выяснили, что в случае необходимости неактивные муравьи принимаются за работу, однако запас дополнительной рабочей силы не пополняется. Работа опубликована в журнале PLOS One.
Социальные колонии насекомых, как правило, очень деятельны и организованы. Однако, колонии многих представителей насекомых также имеют среди своих «работников» тех, кто ничем не занимается: такое поведение обнаружено среди представителей медоносных пчел, термитов, а также муравьев. Ученые предполагают, что такие «ленивые» рабочие насекомые служат в качестве дополнительной рабочей силы: когда какая-то рабочая особь умирает, ранее не работавшая особь может ее заменить.
Такая теория, однако, до сих пор не была доказана систематически.
Авторы новой работы проследили за поведением 20 колоний муравьев вида Temnothorax rugatulus. Муравьев поселили в искусственные муравейники, где они в течение двух дней адаптировались, а затем начали свою привычную работу по строительству и добыче важных для жизни материалов. Ученые смогли выявить тех особей в колонии, которые были наиболее активны, и тех, которые были неактивны, и пометили их индивидуальными цветовыми комбинациями.
Через несколько дней ученые убрали 20 процентов активных муравьев в пяти колониях, 20 процентов самых неактивных муравьев в девяти колониях и 20 процентов случайных муравьев в оставшихся девяти. Затем исследователи проследили за деятельностью насекомых сразу после удаления работников разных групп, через неделю и через две недели.
Ученые выяснили, что в тех колониях, из которых были убраны самые активные участники работ, общая доля времени, проведенного за работой, не менялась: активные работники были заменены теми, кто ранее не работал — теми самыми «ленивыми» муравьями.
В тех колониях, из которых были удалены неактивные работники, активность повышалась через неделю после удаления, но возвращалась в изначальную норму через две недели. Значительных изменений не наблюдалось в тех колониях, из которых убрали случайных работников.
На основании наблюдений ученые сделали вывод, что муравьи действительно используют неактивных работников в качестве дополнительной рабочей силы, которая эффективно заменяет пропавших рабочих. Интересно, что уровень неактивных работников не повышается после удаления из этой группы особей: ученые предполагают, что это связано с тем, что муравьи сосредоточены на эффективном распределении рабочей силы, и использовании всех ресурсов, когда они нужны.
Муравьи — одни из самых эффективных работников среди насекомых, поэтому их активность часто изучается. Так, в нашей заметке вы можете узнать о том, как муравьи строят башни из самих себя, а здесь — о том, как потерявшимся муравьям удалось выжить в ядерном бункере без еды и королевы.
Елизавета Ивтушок
Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl+Enter.
Зачем нужны муравьи-лентяи | Наука и жизнь
Те муравьи, которые ничего в муравейнике не делают, служат трудовым резервом на тот случай, если колония лишится большого числа активных рабочих.
Муравей Temnothorax rugatulus, вид спереди. (Фото AntWiki.)
Лабораторная колония муравьев. (Фото: University of Arizona.)
‹
›
Открыть в полном размере
Два года назад мы писали о том, что едва ли не большинство муравьев в муравейнике предаются постоянной лени: исследователи из Аризонского университета наблюдали за несколькими лабораторными колониями муравьев, и оказалось, что более 70% рабочих проводили в ничегонеделании примерно половину всего времени, и ещё 25% особей вообще не удалось застать за какой-либо полезной деятельностью.
Лишь 2,6% трудились всё время – то есть вели себя так, как в нашем понимании и положено муравьям.
Вряд ли особи-бездельники ленятся просто так (тем более, что ничего не делающих особей можно найти и у других общественных насекомых, например, у пчел).
Почти сразу же возникло предположение, что лентяи могут заменять выбывших из строя рабочих, однако гипотезу эту нужно было доказать экспериментом. В новой статье, опубликованной в PLoS ONE, те же исследователи пишут, что, по крайней мере, у муравьев лентяи действительно могут служить в прямом смысле трудовым резервом.
Колонии муравьев Temnothorax rugatulus переносили в лабораторию, самих муравьев метили разными красками и с помощью видеокамер тщательно следили за всеми их перемещениями.
В любой колонии было четыре разновидности особей: первые – муравьи-няньки, следящие за молодняком; вторые – строители и добытчики, которые приносят в муравейник еду; третьи – просто слоняющиеся вокруг без особых занятий; наконец, четвертые – полные бездельники, которые даже не пытаются изображать какую-либо активность.
Если из колонии забирали 20% активных особей, то на их место постепенно заступали те, кто раньше ленился, так что в течение недели численность «рабочего персонала» восстанавливалась. (При этом если из муравейника забирали лентяев, их никто не замещал – очевидно, их численность восстанавливалась за счет новых поколений.) Учитывая, что муравьи вообще гибнут во множестве по самым разным естественным причинам, то наличие трудового резерва помогает колонии выжить – например, если во время зимы погибло много особей-добытчиков, бывшие лентяи быстро их заменят и обеспечат весь муравейник едой.
С другой стороны, стоит заметить, что ленивые муравьи внешне отличаются от своих товарищей – у тех, кто ничего не делает, брюшко заметно больше. Возможно, что они работают своеобразными «холодильниками», храня в себе запасы еды и кормя ею товарищей, когда начинается особо сильный голод (такие касты «хранителей еды» действительно есть у некоторых видов муравьев).
Кроме того, у муравьёв-лентяев увеличены яичники, то есть они могли бы откладывать яйца, которые шли бы в пищу другим особям, как это опять же имеет место у некоторых видов.
Не исключено, что ленящиеся муравьи выполняют все три функции: до поры до времени они хранят еду и откладывают «пищевые» (трофические) яйца, а когда возникает потребность, приобретают ту или иную активную рабочую специализацию.
Некоторым муравьям повезло: их работа — лениться. Новое исследование с муравьями показывает, что некоторые из них проводят большую часть своего времени в постоянном состоянии покоя. Полученные данные даже предполагают, что бездействие могло развиться как адаптивное поведение.
Исследователи проследили за поведением 250 муравьев вида Temnothorax rugatulus в пяти разных колониях в течение трех недель и обнаружили, что почти половина из них постоянно неактивна.
Когда команда поняла, что бездействие муравьев не было вызвано различиями в циркадных ритмах или перерывами рабочих муравьев, они пришли к выводу, что некоторые муравьи просто специализируются на лени — точно так же, как те, которые хорошо добывают пищу или строят гнезда.
«Интересно, что мы обнаружили, что лень сама по себе является поведением», — говорит Даниэль Шарбонно, аспирант факультета энтомологии и науки о насекомых Аризонского университета. Но причина лени оставалась неуловимой.
[Муравьи делят знания, чтобы защитить «сеть»]
Теперь исследователи придумали некоторые возможные объяснения, и их идеи, опубликованные в Интернете в Журнале биоэкономики , имеют значение для всего, от человеческих организаций до высокого уровня вычисления.
«Существует множество теоретических моделей, объясняющих, почему работники выполняют те задачи, которые они выполняют, и мы хотели изучить, как распределяются различные задачи для создания организованной системы, которая имеет смысл», — говорит Шарбонно. «Мы также хотели продемонстрировать, что бездействие может случиться и что это не обязательно плохо».
Чтобы понять, почему колония заканчивается ленивыми муравьями, исследователи сначала изучили две характеристики, необходимые для успешной организации колонии: гибкость и устойчивость.
Гибкость описывает способность колонии быстро реагировать на изменение спроса, например, внезапную потребность в большем количестве пищи, а устойчивость — это способность колонии адаптироваться к потере рабочих. В результате этих свойств потребность в рабочих по всей колонии подвержена естественным колебаниям, и Шарбонно считает, что между поиском и поиском работы муравьями может быть задержка.
У каждого муравья есть работа
«Неактивные муравьи могут быть резервными рабочими», — говорит Шарбонно. «Имеет смысл иметь резервы, чтобы справиться с пиковыми колебаниями — лучше иметь слишком много работников во время простоя, чем недостаточно во время пика».
Другое возможное объяснение называется моделью порога отклика. Некоторые отдельные муравьи имеют более низкие или более высокие или пороговые значения, при которых они начинают выполнять работу, чем другие муравьи. Возможно, эти разные пороги приводят к специализации рабочих муравьев, а ленивые муравьи имеют самые высокие пороги из всех.
«Пример из мира людей — сосед по комнате, у которого высокий порог мытья грязной посуды, а у вас низкий», — говорит Шарбонно. «Посуда начнет накапливаться, и в конечном итоге ты будешь ее мыть».
Хотя некоторые муравьи просто ленивы, это может быть не из-за отсутствия попыток найти работу. Бездействие также может быть связано с размером колонии.
«В небольших колониях рабочие, как правило, более универсальны, потому что вероятность того, что любой рабочий столкнется с той или иной задачей, намного выше», — говорит Шарбонно. «По мере того, как колонии становятся больше, рабочие, как правило, придерживаются определенных мест, и там может быть доступен определенный набор задач. Муравью, который хочет работать, может быть нечего делать в этом конкретном месте, что приводит к бездействию».
[Новый муравей развился, чтобы похитить своих сородичей]
Конечно, ленивый муравей также может выполнять задачи, невидимые для человеческого наблюдателя.
Они могут функционировать как информационные ретрансляторы, направляя других работников на выполнение задач, хотя и выглядят бездействующими. Чтобы проверить это, исследователи изучили частоту взаимодействий между ленивыми муравьями и другими рабочими.
«Оказывается, они на самом деле наименее связаны со всеми остальными работниками, так что ретрансляция информации, вероятно, не то, что происходит», — говорит Шарбонно. «Они могут избегать работы или просто не знать, что работа должна быть выполнена».
Более перспективной является идея о том, что неактивные муравьи — это живые холодильники. У некоторых видов муравьев есть специализированные рабочие, которые собирают и хранят пищу в специальных желудках, называемых посевами. Эти рабочие приносят свою добычу обратно в колонию и отрыгивают ее, чтобы скормить другим муравьям в процессе, называемом трофаллаксис.
Вполне возможно, что ленивые члены T. rugatulus могут взять на себя аналогичную роль. Исследователи изучают содержание питательных веществ в кишечнике ленивых муравьев, чтобы определить, так ли это.
Компьютеры и роботы
Наконец, они изучают возможность того, что ленивые муравьи разводят новых рабочих для колонии. Неопубликованное исследование показывает, что яичники ленивых муравьев более развиты, что указывает на то, что у них больше шансов иметь жизнеспособное потомство.
«Мы пока не знаем, действительно ли эти муравьи откладывают яйца, вылупятся ли они и достигнут ли зрелости, — говорит Шарбонно. «Некоторые виды муравьев откладывают яйца, которые можно использовать в качестве пищи для колонии, так что это может происходить и в этом случае».
Какими бы способами мы ни пытались рационализировать лень, она может быть просто эмерджентным свойством всех типов сложных организаций, естественных или искусственных, говорит Шарбонно.
«В облачных вычислениях, где у вас есть сеть серверов, работающих вместе для хранения или анализа данных, вы получаете некоторые серверы, которые полностью неактивны».
Шарбонно и соавтор Анна Дорнхаус, адъюнкт-профессор экологии и эволюционной биологии, в настоящее время сотрудничают с учеными-компьютерщиками и робототехниками, чтобы изучить, как их выводы о сложных организациях могут помочь в разработке более эффективных вычислительных систем.
«В любой децентрализованной системе, в которой люди работают вместе, в конечном итоге вы получите несколько неактивных людей», — говорит Шарбонно. «Вопрос остается: почему?»
Источник: Рэймонд Санчес из Университета Аризоны
40% рабочих муравьев на самом деле ленивые бездельники, но у них есть на то свои причины: ScienceAlert с вашим временем ваше дело) и ясно, что кружащаяся масса крошечных тел представляет собой непроницаемый, хаотичный беспорядок для случайного наблюдателя.
Но если вы действительно хотите следить за отдельными муравьями, вы можете попробовать раскрасить их идентифицирующими цветами. заметили в 2015 году.
Тогда энтомолог Даниэль Шарбонно из Университета Аризоны сделал открытие, что, несмотря на то, насколько занятыми и трудолюбивыми муравьиные колонии кажутся, за их общей размытостью движений скрывается ошеломляющая правда: около 40 процентов рабочей силы фактически неактивные бездельники.
«Они просто сидят там», — говорит Шарбонно.
«И всякий раз, когда они делают что-то кроме безделья, они берутся за работу вокруг гнезда, например, ухаживают за выводком здесь или ухаживают за другим работником там.»
Даниэль Шарбонно
После исключения возможности перерывов между муравьями (серьезно) и различных других гипотез, таких как времена года или циркадные ритмы, влияющие на их трудовую этику, исследователи просто пришли к выводу, что некоторые муравьи в основном «специализируются» на том, чтобы быть ленивыми бездельниками, хотя причина этого явно несправедливого разделения труда оставалась неизвестной.
Теперь, в новом исследовании, Шарбонно говорит, что мы, наконец, можем получить объяснение того, для чего на самом деле существуют эти неактивные муравьи, и все это благодаря тому, что может быть самой маленькой в мире киоск для росписи тела.
«Мы наносим на них крошечные точки краски», — говорит Шарбонно.
«Одна точка на голове, одна на груди и две точки на животе. Комбинация цветов и расположение идентифицируют каждую особь, поэтому мы можем отследить ее в наших видеозаписях.
»
Однажды команда использовала эту систему идентификации на 20 колониях по Temnothorax rugatulus муравьев, собранных в сосновом лесу в горах Санта-Каталина в Аризоне, имели возможность отследить наиболее и наименее активных муравьев в коллективах.
В серии экспериментов, в которых активных и неактивных муравьев поочередно удаляли из их колоний, исследователи считают, что они определили особую цель, которой служат самые ленивые животные: они являются резервной рабочей силой, которую вызывают только тогда, когда они абсолютно необходим.
Когда верхние 20% наиболее активных муравьев были уволены из рабочей силы, неактивные муравьи в течение недели заполняли их ряды, эффективно достигая ключевых показателей эффективности МВД. Любой современный офис-менеджер был бы впечатлен.
Это функция, которую команда предположила в своем предыдущем исследовании, и она предполагает, что кадровые перестановки функционируют как механизм, гарантирующий, что в колонии всегда будет определенная доля активных рабочих.
«Служение в качестве замены рабочей силы — это давнее подозрение относительно функции «ленивых» муравьев, — говорит один из исследователей Анна Дорнхаус, — но это было всего лишь предположение, которое никогда не было подтверждено эмпирически».
В других тестах, когда из колонии выводили только неактивных муравьев, муравьи предпочли не выделять особей для поддержки своего резервного отдела. Таким образом, несмотря на то, что команда B всегда готова к шагу вперед, эта «работа» по лени не считалась чем-то, что нуждалось в подкреплении другими, более активными работами вокруг гнезда.
«Это имеет смысл, потому что без кормления и ухода за выводком рабочие и выводок не будут кормить, что, вероятно, очень быстро повлечет за собой большие затраты на приспособление колонии», — пишет команда в своей статье.
«Таким образом, кажется, что колонии не стремятся поддерживать гомеостаз деятельности колонии в целом, а скорее замена рабочих зависит от непосредственной необходимости задачи.