Мурахи вважають свої кроки - 10 Липня 2015, Земля - Хроніки життя
Швейцарські і німецькі ентомологи встановили, що мураха Cataglyphis fortis, що живе в пустелі Сахара, вимірює пройдену відстань кроками. Щоб довести це, вчені змінювали комахою довжину ніг. Мурахи «на ходулях» недооцінювали пройдену відстань, а мурахи «на куксах» вважали, що пройшли більше, ніж насправді. Точне визначення пройденої відстані, поряд з «внутрішнім компасом», необхідне мурах для обчислення прямого курсу при поверненні в гніздо після довгих мандрівок по пустелі, що позбавлена орієнтирів.
«Людина вийшла з точки А і пройшла 3 км на північ, потім повернула на 35 ° вліво, пройшла ще 2 км і прийшла в точку Б. В яку сторону їй слід йти, щоб по прямій повернутися в точку А?»
Навіть люди з вищою освітою зазнають великих труднощів при вирішенні подібних завдань, особливо якщо під рукою немає калькулятора (якщо й згадайте формулу — особисто я її не пам'ятаю — нізащо не згадайте потрібні синуси-косинуси). Багато громадських комах, однак, вирішують такі завдання з дивовижною точністю, безпомилково повертаючись у гніздо найкоротшим маршрутом після довгих мандрівок з безліччю поворотів. Причому для цього їм навіть не потрібні орієнтири. Мурахі Cataglyphis fortis, що мешкає в пустелі Сахара, на орієнтири розраховувати взагалі не доводиться — навколо один пісок, а пошуки корму в цій неживій місцевості вимагають тривалих і далеких подорожей.
Для обчислення курсу пустельні мурахи використовують інформацію про довжину та напрямок кожного пройденого відрізка колії. Напрямок вони визначають за сонцем, як і багато інших тварин. Між іншим, для цього потрібно мати ще й хороший внутрішній хронометр, календар та «вбудовані» в мозок таблиці руху сонця небосхилом, оскільки це рухаж ніяк не рівномірно — близько полудня, наприклад, кутова швидкість руху сонця набагато вища, ніж уранці та ввечері.
Метод, з якого пустельні мурахи визначають пройдену відстань, досі залишався невідомим. До них не застосовується «енергетична гіпотеза», згідно з якою тварини можуть визначати пройдену відстань за витраченими зусиллями. Адже мурахи безпомилково прокладають курс незалежно від того, йдуть вони без нічого або з вантажем. Не користуються вони і методом «зорового потоку» (optic flow), подібно до бджіл, які оцінюють дальність польоту за сумарною кількістю «миготіння в очах». Пустельні мурахи не помиляються в оцінці пройденого шляху ні в темряві, ні на штучних абсолютно гладких поверхнях, де нема за що зачепитися погляду, ні навіть позбавлені можливості бачити.
Маніпуляції з довжиною ніг пустельного мурашки: «ходулі» (stilts), нормальні ноги (normal) та «кукси» (stumps). Мал. із статті у Science
Ще в 1904 році було висловлено припущення, що мурахи міряють відстань кроками (H. Piéron. 1904. Du rôle du sens musculaire dans l'orientation des fourmis. Bull Inst Gen Psychol 4:168–186), але досі цю гіпотезу ніхто не намагався перевірити. Прогалину вирішив заповнити Матіас Вітлінгер з Ульмського університету та його колеги — ентомологи з Німеччини та Швейцарії, які вже давно вивчають поведінку пустельних мурах.
У ході експерименту одним мурах ноги обрізали (точно посередині гомілки), іншим подовжували, приклеюючи свинячу щетинку.
Муравйов привчили бігати з гнізда до годівниці по прямому жолобку довжиною 10 м. Біля годівниці мурах ловили, міняли їм довжину ніг, давали у щелепи шматочок їжі (щоб було з чим повертатися в гніздо) і випускали в інший жолобок, орієнтований паралельновихідному. Мурахи негайно вирушали в «зворотний шлях», тобто бігли у бік гаданого гнізда. Пробігши по прямому жолобку певну відстань, відповідну, як вони вважали, відстані від годівниці до гнізда, мурахи вилазили з жолобка і починали бігати сюди-туди в пошуках входу в гніздо.
Вчені ретельно заміряли відстань між тією точкою, де мураха була випущена в жолобок, і тією, де він перемикався з поведінкової програми «біжу додому» на програму «де вхід?». Виявилося, що мурахи, яким не змінювали довжину ніг, починали шукати вхід, пройшовши в середньому 10,2 м, мурахи на ходулях пробігали 15,3 м, а мурахи на куксах лише 5,75 м.
Після цього мурах із зміненою довжиною ніг повертали в гніздо, де вони продовжували жити і здійснювати успішні рейди за їжею протягом багатьох днів, що говорить про те, що скоєні над ними маніпуляції не надто сильно їм зашкодили. Щоправда, рухалися вони дещо повільніше за «немодифікованих» родичів. Середня швидкість пересування нормальної робочої мурахи цього виду становить 0,31 м/с, тоді як особини з укороченими ногами бігали зі швидкістю 0,14 м/с, з подовженими - 0,29 м/с.
«Модифікованих» мурах, які пожили якийсь час у гнізді, повторно ловили біля годівниці і знову садили в паралельний жолобок, щоб визначити, як вони оцінюють пройдений шлях після того, як добігли від гнізда до годівниці вже на змінених ногах. Якщо «гіпотеза крокоміра» вірна, тепер вони вже не повинні були помилятися. Так і виявилося: мурахи «на ходулях» та мурахи «на куксах», як і нормальні мурахи, починали шукати вхід у гніздо, пройшовши 10 метрів та ще трохи.
Щоб остаточно підтвердити «гіпотезу крокоміра», потрібно було переконатися, що у першій серії експериментів (колишлях до годівниці мурахи проходили на нормальних ногах, а назад бігли на змінених комахи починали шукати вхід у гніздо, пройшовши стільки ж кроків, скільки на шляху до годівниці. Для мурах із вкороченими ногами це підтвердилося. А ось для мурах «на ходулях» – не зовсім. Виявилося, що вони проходили по дорозі назад на 3,0–3,5 м більше, ніж слід, виходячи з середньої довжини їхнього кроку.
Причини цієї невідповідності вчені мають намір з'ясувати під час подальших досліджень. Поки що вони обмежилися припущенням, що збій у роботі крокоміра може бути викликаний порушенням співвідношення між довжиною кроку і швидкістю руху у мурах «на ходулях». Якщо у мурах «на куксах» зниження швидкості виявилося пропорційним зменшенню довжини кроку (і те й інше зменшилося приблизно вдвічі), то у мурах «на ходулях» крок збільшився, а швидкість руху, навпаки, знизилася (можливо через вагу клею і свинячої щетини). Мурашки просто стали повільніше перебирати ногами. Вчені зазначили, що якби швидкість руху мурах «на ходулях» збільшилася настільки ж, наскільки вона зменшилася у мурах «на куксах», то і довжина кроку в перших виявилася б більшою (виходячи із встановленої залежності довжини кроку від швидкості), і тоді все цифри в їхньому експерименті чудово зійшлися б.
Загалом експеримент вийшов красивий, і «гіпотеза крокоміра» в результаті отримала вагоме підтвердження, хоча принцип роботи самого «крокуміра», мабуть, відрізняється від простого підрахунку кроків. Схоже, мурахи враховують також швидкість перебирання ногами і враховують при цьому, що при її зниженні крок у них виходить коротшим.