Маленькие труженики большой науки » Оркестр под управленьем муравья

Экологи считают рыжих лесных муравьев «инженерной» группой видов, преобразующих ландшафт своей деятельностью (как, например, бобры). Муравьиные колонии насчитывают сотни муравейников и занимают многие гектары лесных массивов. Муравейники и муравьиные фуражировочные дороги фрагментируют жизненное пространство многих обитателей поверхности и верхних слоев почвы. Не только жук или паук, но и мышь не решится перебежать поток кусачих муравьев. Уж лучше держаться подальше. Так что одним своим присутствием муравьи воздействуют на пространственное распределение и численность беспозвоночных и мелких позвоночных. А ведь для сотен видов животных муравьи — хищники, и еще для многих (от жужелиц и пауков до птиц) — прямые или косвенные конкуренты.

Помимо «отрицательных» взаимодействий в экосистеме, муравьи формируют и множество «положительных». Муравейники дают приют огромному числу сожителей, среди которых массовые виды ногохвосток. Гнездо муравьев — это целый остров, со своими правилами общежития для многочисленных и разнообразных обитателей. В наших исследованиях выяснилось, что ногохвостки конкурируют за возможность заселения таких привлекательных местообитаний, как муравейники, и численность видов-победителей во много раз превышает количество видов в почве и подстилке вокруг гнезд муравьев. С сосущими хоботными насекомыми (такими как тли и цикадки) муравьев связывают прочные отношения симбиоза: они получают сладкую падь, защищая тлей от хищников и неблагоприятных погодных условий.

Члены пашей исследовательской группы получили много новых и интересных результатов, позволяющих представить общую картину роли муравьев в многовидовых сообществах животных. Важная составляющая наших комплексных исследований — выяснение этологических механизмов взаимодействия видов в сообществах с доминированием муравьев. Дело в том, что никто не подозревал, насколько гибким может быть поведение беспозвоночных. Среди них разве что перепончатокрылые, прежде всего муравьи, традиционно рассматривались как существа, способные к гибкому поведению, основанному на приобретенном опыте. Но жуки, пауки, тли и прочие... все они, за редкими исключениями, считались исполнителями жестко закрепленных поведенческих стереотипов. Мы впервые экспериментально доказали, что муравьи не только формируют потоки численности животных, но и обучают их правилам поведения на общей территории. Это означает, что партнеры муравьев по межвидовым отношениям могут быстро усвоить их «уроки». Роль памяти и научения оказалась весьма значительной во взаимодействии беспозвоночных.

Например, выяснилось, что хищным жужелицам достаточно одного-двух столкновений с рассерженным муравьем, чтобы у них надолго сформировалась тактика избегания конфликтов. В природе те жуки, которые научились лавировать или прятаться при встречах с муравьями, получают доступ к дополнительным пищевым ресурсам. Помимо живой добычи, которую можно найти на солнечных, хорошо прогреваемых муравьиных территориях, жужелицы не прочь поживиться остатками хозяйских трапез. Привлекают жуков и «кладбища», места, куда муравьи аккуратно приносят и складывают трупы своих сородичей — истинное лакомство для жужелиц. Однако все эти блага доступны только тем, кто быстро учится хорошо себя вести в присутствии хозяев

Муравей  Myrmica rubra убивает ногохвостку (слева), а «наивный» муравей, выращенный в лаборатории в отсутствие взрослых сородичей, выказывает ногохвостке дружеское расположение, соприкасаясь с ней антеннами. Фото С.Н.Пантелеевой.

По сравнению с активной жизненной позицией хищных муравьиных конкурентов, нежные и пугливые тли ведут себя скромно и проявляют полную готовность снабдить своих защитников сладкой пищей. Исследования, посвященные взаимодействию симбионтов на разных уровнях, от индивидуального до межвидового, позволили выявить ранее неизвестные поведенческие коадаптации и впервые описать драматическую картину борьбы за ресурсы как с той, так и с другой стороны. Члены многовидового сообщества муравьев стараются получить как можно больше углеводной пищи от симбионтов, вкладывая поменьше усилий. В ход идут воровство и обман, в терминах экологии описываемые как разные формы клептопаразитизма [14]. Разные виды тлей «соревнуются» за внимание муравьев, обеспечивающих им защиту и в конечном итоге рост численности популяций.

Оказалось, что поведенческий репертуар мирмекофильных (связанных с муравьями постоянными отношениями) и немирмекофильных тлей значительно различается. Поведение первых видов почти полностью состоит из элементов, адаптированных к симбиозу. Большая часть реакций направлена на привлечение внимания муравьев и коммуникацию с ними, а также на увеличение времени сохранения сладких выделений на кончике или внутри брюшка для последующей передачи муравьям. В репертуаре мирмекофилов практически отсутствуют защитные реакции, ведь тли находятся под охраной муравьев. На раздражающие или путающие воздействия тли отвечают выделением капли пади, своего рода «взятки» потенциальному врагу. Поведение немирмекофильных тлей более гибко и разнообразно. В его состав входят элементы пассивной защиты, от спрыгивания с растения на землю до показа «устрашающих» поз, что позволяет им, по крайней мере частично, избегать нападения хищников [15]. Могут ли тли расширить свой поведенческий репертуар, научиться полезным для себя взаимодействиям? Этот вопрос требует детальных исследований, но основания для них есть: оказалось, что факультативно мирмекофильные виды, «колеблющиеся» между симбиотической зависимостью и самостоятельной жизнью, обладают некоторой гибкостью поведения. Определенно можно сказать, что зависимость мирмекофильных видов тлей от муравьев оказалась еще более глубокой, чем предполагалось ранее. Однако до сих пор не был выявлен реальный вклад муравьев разных видов в потенциал численности и процветание популяций мутуалистов — прокормителей.

В нашей лаборатории впервые обнаружена зависимость между поведением муравьев, эффективностью их ухода за симбионтами и количеством видов тлей, связанных с разными видами хозяев. Из этого вытекают новые представления о разделении ролей в многовидовых сообществах, основанном на неравномерных вкладах разных видов муравьев в процветание популяций тлей на совместной территории, т. е. в развитие общей кормовой базы. Были выявлены совершенно несхожие поведенческие схемы взаимодействия разных видов муравьев с тлями. Профессиональная специализация с разделением труда между членами групп, работающих на колониях тлей, оказалась присущей только этологическим доминантам — рыжим лесным муравьям. Среди других видов, которые тоже «пасут» тлей, только доминанты обеспечивают им реальную защиту от хищников и неблагоприятных условий. В частности, как выяснилось, они образуют «защитную сеть», прикрывая тлей своими телами от дождя и ветра. Остальные члены муравьиного многовидового сообщества — мирмики, более мелкие муравьи рода Formica, черные садовые лазиусы, муравьи-древоточцы — взаимодействуют с тлями по более простым схемам. Они основаны либо на частичном разделении ролей в группах, либо на деятельности не связанных между собой фуражиров [16].

Эффективность ухода за тлями можно оценить как разницу между количеством колоний (выживших к концу сезона), посещаемых муравьями и изолированных от них. Мы проводили многолетние эксперименты с поочередной изоляцией (с помощью пластикового воротничка, надетого на ствол дерева) колоний тлей от муравьев, чтобы выявить такую эффективность. В результате оказалось, что инвестиции членов их многовидового сообщества в процветание совместно используемых популяций тлей неодинаковы. У этологических доминантов (рыжих лесных муравьев), с их глубокой профессиональной специализацией, показатель эффективности в 3-4 раза выше, чем у видов с частичным разделением труда. Получается, что именно доминанты вносят основной вклад в потенциал численности и процветание тлей. Остальные члены многовидового сообщества муравьев так или иначе используют колонии тлей на общей территории, прибегая к клептопаразитизму — прямому воровству пади и косвенному

Жужелица и муравей в Y-образном лабиринте. Один его отсек безопасен для жука, а во втором, как злая собачка, привязан на тонком поводке муравей. Жужелица старается обогнуть врага (слева), но если это не удастся, будет убита. Фото Е.А.Дорошевой и С.Н.Пантелеевой.

Итак, мы изучили взаимодействие муравьев с их симбионтами и конкурентами в естественных условиях и поняли, что эти насекомые выполняют функции «дирижеров» многовидового сообщества. Это помогло нам представить, в чем состоит выигрыш от сложных форм коммуникации и разделения труда в семьях муравьиных «приматов». Виды с языковым поведением и глубокой профессиональной специализацией в полной мере используют свои преимущества, играя роль «гегемонов» в таких сообществах.

Полученные результаты заставляют нас увидеть окружающий мир совсем не таким, каким мы себе представляли его ранее. В этом, новом для нас, мире такие скромные создания, как муравьи, умеют считать и обладают развитым символическим языком, благодаря которому передают друг другу абстрактные сведения. А сонмы других насекомых, казавшихся прежде запрограммированными «живыми машинками», на самом деле способны обучаться и гибко перестраивать поведение в быстро меняющейся среде межвидовых отношений.

Муравей  Myrmica rubra убивает ногохвостку (слева), а «наивный» муравей, выращенный в лаборатории в отсутствие взрослых сородичей, выказывает ногохвостке дружеское расположение, соприкасаясь с ней антеннами. Фото С.Н.Пантелеевой.

Жужелица и муравей в Y-образном лабиринте. Один его отсек безопасен для жука, а во втором, как злая собачка, привязан на тонком поводке муравей. Жужелица старается обогнуть врага (слева), но если это не удастся, будет убита. Фото Е.А.Дорошевой и С.Н.Пантелеевой.

Myrmica rubra (Linnaeus, 1758) — рыжая мирмика