Муравьи не спят всю жизнь? January 4th, 2016

Человеческая физиология – вещь крайне загадочная. Мы давно говорим о том, что сон – лучшее лекарство, но при этом даже не осознаём, насколько же сон полезен для нас и нашего иммунитета. Учёные до сих пор не могут разгадать загадку сновидений, которые часто сопутствуют сну. Ещё больше вопросов у учёного сообщества вызывают так называемые осознанные сновидения, которые человек силой своего сознания (или подсознания) может контролировать во время засыпания и различных стадий сна.

Особо выделяются исследования муравьиных маток. Первоначально также считалось, что они не спят. Но сложно себе представить живой организм, жизнь которого может длиться более 10 лет, без сна в течение всего этого времени. Так вот, было установлено, что и матки также переходят в обездвиженное состояние примерно на несколько десятков секунд. Видеокамера, размещённая в камере муравьиной матки, запечатлела то, что матка «засыпает» до 100 раз в сутки. Общая продолжительность суточного сна при этом сопоставима с продолжительность суточного сна человека – около 8 часов в сутки.

Именно поэтому и считается, что сну подвластны абсолютно все живые существа, только этот сон в каждом из случаев проявляется по-разному. К примеру, акула может переходить в состояние сна в движении. Однако её перемещение в воде в данный момент вовсе не означает, что она бодрствует.

И еще несколько особенностей сна животных.

1. Коты в среднем спят 13–14 часов днем, а ночью бродят по дому. Дело в том, что в дикой природе они, как правило, охотятся по ночам. Большие кошки, такие как тигры, тоже могут подолгу спать. Королям джунглей совсем не нужно быть постоянно начеку, чтобы защитить себя.

2. Дельфины могут дремать таким образом, что только одна половина их мозга будет оставаться во сне. Так в одном полушарии могут наблюдаться волны медленного сна, в то время как другая половина будет бодрствовать.

Фотография: Сергей Ляховец

3. Лошади и коровы могут спать стоя, но не могут видеть сны, пока не лягут.

4. Жирафы могут обходиться без сна неделями.

5. Пустынная улитка может проспать целых три года.

Муравьи - удивительные существа, они очень сильные и способны поднимать вес, превышающий их собственный в десятки раз. Мы знаем, что муравьи являются социальными насекомыми и живут в колониях. Но знаете ли вы, что колонии муравьев могут быть настолько большим, что охватывают тысячи километров? Знаете ли вы, что ?

В этой статье вы откроете для себя самые удивительные и интересные факты о муравьях, которые позволяют лучше понять этих насекомых.

Анатомия

1. Муравьи не имеют ушей

Муравьи не имеют традиционных ушей, как люди. Они «слышат» путем измерения вибраций. Специальные датчики на коленях и лапках помогают им уловить вибрации окружающей их среды.

2. Муравьи имеют самый большой среди насекомых мозг

Мозг муравьев состоит из 250 000 клеток, что больше, чем у других насекомых. Некоторые крупные колонии муравьев могут иметь столько клеток мозга, как средне статистический человек.

3. Муравьи имеют два желудка

Муравьи, как правило, имеют два желудка. Один желудок используется для индивидуального питания насекомого, в то время как другой предназначен для обмена пропитанием с другими муравьями колонии.

Размножение

4. У муравьев есть однополое размножение

Некоторые виды муравьев размножаются путем клонирования с помощью процесса, известного как партеногенез. Этот тип размножения характеризуется появлением самок из неоплодотворенных яиц (самцы не принимают в этом участия). Муравьи могут также размножаться половым путем.

Колонии

5. Муравьи создают неправдоподобно большие колонии

Считается, что самая большая колония муравьев имеет площадь более 5800 км. Она настолько велика, что охватывает несколько стран, включая Италию, Францию и Испанию. Колония состоит из аргентинского вида муравьев (Linepithema humile ).

Другие интересные факты

6. Муравьи могут становится"зомби"

Самые крупные живые муравьи имеют длину примерно от 3 до 5 сантиметров. Некоторые окаменелые останки муравьев еще больше, достигая до 6 сантиметров в длину.

8. Муравьи могут выжить во влажных условиях, связанных с наводнениями

Муравьи дышат через специализированные органы, называемые дыхальцами. Когда их окружающая среда становится слишком влажной, из-за наводнения или другого стихийного бедствия, они способны закрыть свои дыхальца, чтобы выжить. Эти насекомые даже могут находится под водой в течение определенного периода времени.

9. Продолжительности жизни

В то время как стандартная продолжительность жизни муравьев составляет 30-90 дней, некоторые муравьиные матки могут жить в течение 20-30 лет.

10. Мудрые муравьи

Знаете ли вы, что муравьи были восхвалены в Библии? Притча 6:6 гласит: "Пойди к муравью, ленивец, посмотри на действия его, и будь мудрым." Муравьи используются в качестве примеров трудолюбия и усердия.

11. Некоторые муравьи прозрачные

Некоторые муравьи имеют прозрачные тела. Они способны приобретать цвет любой пищи, которой питаются.

12. Муравьи могут защитить себя с помощью кислоты

Некоторые виды муравьев могут распылять кислоту, чтобы избавиться от нежелательных конкурентов в их среде обитания или для защиты от потенциальных угроз.

Органы пищеварения (рис:6). Органы пищеварения у муравьев разделяются на предротовую камеру и собственно пищеварительный тракт.

Предротовая камера - это сферическая полость, расположенная над нижней губой и под глоткой. Она служит приемником для жидкой и полужидкой пищи, а также для различных остатков после чистки тела. В предротовой камере происходит «сортировка» пищи - все съедобное попадает в рот, а несъедобные частицы выделяются в виде комочков, имеющих форму камеры.

Пищеварительный тракт состоит из переднего, среднего и заднего отделов. Передний отдел у взрослых муравьев состоит из глотки, пищевода, зоба и провентрикулюса. За несколько вздутой глоткой, находящейся в передней части головы и открывающейся ротовым отверстием, следует длинный пищевод, проходящий через всю грудь насекомого. Зоб, слепой отросток пищевода, у Formica большой и может сильно раздуваться. По образному выражению, зоб - это «общественный желудок» муравьев, Пища, хранящаяся в нем, распределяется среди всего населения гнезда.

Интересно строение провентрикулюса, или жевательного желудка, - последнего отдела передней кишки. Как показали исследования Эйзнера и его соавторов (Eisner, 1957; Eisner, Brown, 1958; Eisner, Happ, 1963), сложное строение этого отдела имеет большое функциональное значение. У примитивных муравьев прохождению пищи из зоба в желудок препятствует только кольцевой мышечный сфинктор, поэтому зоб не может в полной мере функционировать как «общественный желудок». Трофаллаксис (обмен пищей) у этих муравьев развит слабо, длительное время хранить пищу в зобу они также неспособны. У Formicinae и Dolichoderinae появляются специальные приспособления, позволяющие без мышечных усилий удерживать пищу в зобу. Провентрикулюс у этих муравьев жесткий и склеротизованный, а чашеобразные и куполообразные структуры образуют клапаны, которые автоматически не пропускают пищу в желудок.

Во вздутой средней кишке, которую обычно называют желудком, происходит основное переваривание пищи. По данным Эйра (Ayre, 1963b), у Camponotus herculeanus только здесь выделяется протеаза и преимущественно здесь же - липаза. Из ферментов, разлагающих углеводы, он обнаружил лишь небольшое количество инвертазы. Однако у F. polyctena в этом отделе активно разлагаются мальтоза, сахароза и мелитоза и слабее мелобиоза, раффиноза, трегалоза и крахмал (Graf, 1964).

Возле средней кишки Serviformica локализуются симбиоциты - сильно видоизмененные клетки, содержащие симбиотические бактерии (рис:7/2/) (Lilienstern, 1932). Функция этих симбионтов до сих пор неизвестна.

Задняя кишка подразделяется на три отдела: пилорический отдел, тонкую кишку и прямую кишку, или ректум. Последняя сильно вздута, снабжена мощной мускулатурой и открывается в анальную трубочку.

У Formica имеются следующие парные железы, принимающие участие в процессе пищеварения: максиллярные (нижнечелюстные), слюнные (лабиальные) и глоточные. У F. polyctena экскреты этих желез разлагают следующие углеводы: мальтозу, сахарозу, мелитозу, мелобиозу, раффинозу, трегалозу и крахмал (Graf, 1964).

Максиллярные железы открываются в глотку, У C. herculeanus они выделяют главным образом инвертазу и в меньшей степени - амилазу, т. е. ферменты, переваривающие углеводы (Ауге, 1963b).

Лабиальные (слюнные) железы располагаются в груди и гомологичны прядильным железам личинок. Их две, но протоки этих желез сливаются вместе и образуют один непарный проток, открывающийся в нижней губе. У F. rufa на каждом из парных протоков перед слиянием имеются слепые отростки, способные раздуваться, служащие для хранения экскрета (Meinert, по Wheeler, 1910). У C. herculeanus основной фермент, выделяемый этой железой - амилаза (Ауге, 1963в).

Как показали исследования Гессвальда и Клофта (Gosswald, Kloft, 1957-1960) с применением радиоактивного фосфора, экскрет лабиальных желез служит для кормления цариц и личинок половых особей. Меченый фосфор из желудка через 24 часа попадает в эти железы, а затем уже экскрет распределяется в гнезде.

Когда в гнездах Formica имеются мирмекофильные стафилиниды из родов Lomechusa и Atemeles, среди рабочих наблюдается характерное заболевание, выражающееся в гипертрофии лабиальных желез, которая в свою очередь влечет за собой изменения в строении больных особей (рис:8/4,5/) (Novak, 1948; Bausenwein, 1960; Ronchetti, 1961). Грудь таких рабочих напоминает грудь самок. Эти уроды носят название эргатоидов, псевдогин или секретэргатов и были описаны у F. sanguinea, F. rufa, F. lugubris, F. pratensis (рис:8/1/). Б. Писарский нашел их также у F. pisarskii, а нами в большом количестве они были обнаружены у F. aquilonia. Причины этого заболевания рассматриваются в главе VI.

Глоточные (фарингеальные или, правильнее, постфарингеальные) железы муравьев не гомологичны глоточным железам других перепончатокрылых, например, пчел (Otto, 1958b). У C. herculeanus экскрет глоточных желез содержит небольшое количество липазы и следы амилазы (Ауге, 1963b). Опыты с радиоактивным фосфором показали, что у Formica из железы этот экскрет поступает в зоб и затем распределяется между всеми особями гнезда (Naarman, 1963).

Кроме перечисленных желез, с ротовым аппаратом муравьев связаны парные мандибулярные (челюстные) железы, открывающиеся в основании жвал. К процессу пищеварения эти железы, по-видимому, не имеют отношения. Считается, что они выделяют вещества, используемые для склеивания частиц почвы при постройке гнезда или для изготовления картона (Donisthorpe, 1915). У ряда видов из подсемейств Myrmicinae и Dorylinae эти железы выделяют пахучие вещества - торибоны (см. главу IX) (Wilson, 1963b).

Органы выделения представлены у муравьев мальпигиевыми сосудами (рис:6), впадающими в пилорический отдел задней кишки. У Formica имеется 20 сосудов (Adlerz, по Wheeler, 1910). Функцией их является выведение из организма конечных продуктов обмена веществ, главным образом мочевой кислоты.

Рис. 8. Псевдогины F. pratensis 1 - общий вид; 2-5 расположение лабиальных желез в груди: 2 - рабочего, 3 - самки, 4, 5 -- псевдогин (по Ronchetti, 1961) Рис. 9. Сравнительные размеры и форма надглоточного ганглия («мозга») рабочего (1), самки (2) и самца (3) F. fusca и расположение грибовидных тел в надглоточном ганглии рабочего F. polyctena (4). (1-3 - по Wheeler, 1910; 4- по Otto, 1962, схематизировано).

Мускулатура. Хитиновый наружный скелет служит основой, к которой прикрепляются поперечнополосатые скелетные мышцы. У рабочих строение мышечной системы проще, поскольку у них отсутствует летательная мускулатура, имеющаяся у самцов и самок. Однако у последних она, после сбрасывания крыльев, резорбируется и идет на образование экскрета, которым выкармливаются личинки (см. главу V).

Дыхательная система муравьев, как и у подавляющего большинства других насекомых, трахейная. Трахеи открываются наружу дыхальцами, или стигмами (рис:4). Дыхальца имеются между среднегрудью и эпинотумом (заднегрудные), на эпинотуме, на стебельке у основания чешуйки и на каждом из сегментов брюшка.

Кровеносная система. Гемолимфа («кровь») муравьев - бесцветная жидкость. Она циркулирует по телу насекомого благодаря работе спинного сосуда («сердца») - мускулистой трубки, проходящей вдоль всей спинной поверхности тела.

Центральная нервная система. Центральная нервная система насекомых состоит из ряда ганглиев, связанных между собой. У Formica имеются следующие ганглии: надглоточный (рис:6), подглоточный, три грудных (соответствующие каждому сегменту груди) и несколько небольших брюшных.

Наиболее важной частью является надглоточный ганглий, или «мозг» муравьев, в котором образуются временные связи. Объем «мозга» относительно наибольший у рабочих, меньше у самок и самый маленький у самцов (рис:9/1-3/). По данным Маршала (Marchal, по Шовену, 1953), объем мозга Formica составляет 1/280 объема тела. У Dytiscus это отношение равно 1/4200, у Ichneumon - 1/400 и у медоносной пчелы - 1/174.

Временные связи образуются у муравьев в грибовидных телах (рис:9/4/), являющихся аналогом коры головного мозга позвоночных. Размеры грибовидных тел муравьев связаны со способностью различных видов к образованию условных рефлексов (Brun, 1959). У рабочих Formica (Marchal, по Шовену, 1953) грибовидные тела составляют 1/2 объема мозга, у самок они относительно меньше, а у самцов совсем маленькие. Для сравнения отметим, что у медоносной пчелы, несмотря на то, что мозг их относительно больше, грибовидные тела составляют всего 1/15 размеров мозга.

Органы чувств. Органы зрения Formica представлены большими фасеточными глазами (рис:4/1/) и тремя простыми глазками, имеющимися у всех каст.

Функция глазков пока не очень ясна. Имеются данные (Homann, 1924), что Formica с глазками, покрытыми непрозрачным лаком, ведут себя как слепые.

Сложный глаз состоит из большого количества отдельных омматидиев. Для разрешающей способности глаза большое значение имеет угол зрения отдельных омматидиев. Например, у пчелы этот угол около 1°, а у уховертки - 8°, так что там, где уховертка видит только одну точку, пчела различает 64 (Шовен, 1953). У F. rufa угол зрения отдельного омматидия рабочего 3,5°, но насекомое может различать сферу при телесном угле 2,5° (Homann, 1924).

Еще старыми наблюдениями Леббока и Фореля (Леббок, 1898; Forel, 1886а) было установлено, что муравьи собирают своих личинок на границе видимого и инфракрасного света (800 ммк), но избегают темной для нас зоны ультрафиолетовых лучей (380-330 ммк). Они уносят личинок под сосуд с сероуглеродом, поглощающим ультрафиолетовые лучи, но прозрачным для нас, предпочитая его экрану, зачерненному окисью никеля, пропускающей ультрафиолетовые лучи, но непрозрачной для видимых. Наиболее активно стимулирует у муравьев перенос личинок зона от 600 до 575 ммк (желтый свет) (Эббот, по Шовену, 1953). В последние годы (Vowles, 1950) доказано, что муравьи, так же как и пчелы, способны воспринимать направление колебаний поляризованного света.

ТАБЛИЦА 1

Вещества, воспринимаемые Formica sanguinea, Lasius niger и Apis mellifera как сладкие*(по A. Schmidt, 1938)

Вещества				Вещества
Высшие спирты:	Гексозы:
эритрит				глюкоза
маннит				фруктоза
сорбит				галактоза
дульцит				манноза
α-метилглюкозид				Дисахариды:
Пентозы:	сахароза
1-арабиноза				мальтоза
Метилпентозы:	лактоза
раминоза				целлобиоза
	Трисахариды:
	милицитоза
	раффиноза

* Цифры обозначают, до какой степени надо разбавлять молярный раствор, чтобы насекомые привлекались им так же, как дистиллированной водой.

Запах, муравьи воспринимают жгутиком усиков. Муравьи великолепно различают тончайшие оттенки запаха, непостижимые для нас. Однако мнение старых авторов (Леббок, 1898; Forel, 1921 и др.), что муравьи способны различать по запаху даже направление следа, было опровергнуто опытами Шовена (Шовен, 1960).

Органы вкуса муравьев расположены на жгутиках усиков, на нижней губе и, по-видимому, на максиллах. На жгутиках усиков, возможно, органами вкуса являются многочисленные здесь пластинки, пронизанные порами (Кунце, Минних, по Шовену, 1953). При помощи антеннальных органов муравьи способны отличать чистую воду от подслащенной или ощущать в ней примесь кислоты или хинина (A. Schmidt, 1938). Порог чувствительности муравьев к сахарозе выше, чем у человека, и гораздо выше, чем у пчелы. Так, по данным Фриша (приведены до Шовену, 1953), человек чувствует сахарозу при разбавлении молярного раствора в воде 1:80, пчела - 1:8 - 1:16, Manica rubida 1:100, M. rubra - 1:150, а Lasius niger - 1:200. В табл.1 показано, какие вещества F. sanguinea, Lasius niger и медоносная пчела воспринимают как сладкие.

О восприятии звука муравьями Шовен (1953) пишет следующее: «Муравьи реагируют на звук только тогда, когда они оказываются в центре стоячих волн, а не у вершины, как млекопитающие. У насекомых, не имеющих тимпанальных органов (муравьи), раздражением, вызывающим слуховые восприятия, по-видимому, является не изменение давления, а скорость движения молекул, максимальная в центре волн. Действительно, наблюдения показали, что некоторые волоски антенн начинают колебаться при помещении насекомого в центр волн, где амплитуда движения частиц уменьшена до 2 мк (Аутрум)». Вообще, по-видимому, звук для муравьев не играет существенной роли (Wilson, 1963b).

В разных местах на теле муравьев имеются небольшие участки, густо покрытые волосками, так называемые поля щетинок. Функциональное значение этих полей было недавно расшифровано Гюбером (R. Hubert, 1962). При помощи полей щетинок на усиках муравьи воспринимают движение воздуха. Другие поля являются рецепторами силы тяжести. При горизонтальном движении ориентацию осуществляют коксальные и брюшные поля, а при вертикальном - поля шеи, петиолюса, антенн и кокс На F. polyctena показано путем последовательного исключения полей, что для правильной ориентации должна быть подвижной хотя бы одна из систем рецепторов.

Органами тактильного чувства (осязания) являются отстоящие волоски расположенные на всем теле, и специальные органы усиков. При помощи этих же органов муравьи воспринимают сотрясения субстрата.

Половая система и ядовитые железы. Половой аппарат самцов (рис:10/1/) состоит из парных семенников, парных семенных протоков, которые затем сливаются в непарный семенной проток, открывающийся в эдеагус. На каждом из парных протоков перед их слиянием имеются семенные мешочки, служащие для хранения спермы. Семенники состоят из нескольких лопастей. У F. sanguinea, по данным Адлерца (по Wheeler, 1910), каждый семенник состоит из 21 лопасти.

Половой аппарат самок (рис:10/2/) состоит из большого количества яйцевых трубочек, открывающихся в парные яйцеводы, которые, сливаясь, образуют непарный яйцевод. Семеприемник служит для хранения спермы, которая у муравьев сохраняется в течение всей жизни самок, так как оплодотворение у них однократное. Семеприемник снабжен специальной парной железой и открывается протоком в непарный яйцевод.

Развитие яиц до оплодотворения проходит в яйцевых трубочках. У самок F. rufa s. l. их 45, у F. rufibarbis s. l. - 18-20. У рабочих особей Formica также имеются яйцевые трубочки, но их значительно меньше. Так, у F. sanguinea их 3-6, у F. pratensis - 2-6, у F. rufa (s. l.) - 4-10 (Donisthorpe, 1915). Как показали последние исследования (Otto, 1958а и др.) у F. polyctena молодые рабочие имеют развитые функционирующие яичники (рис:10/3-6/), а у старых особей яйца резорбируются (рис:10/7/).

Из желез, принадлежащих половому аппарату (рис:6), но изменивших свои функции, следует отметить ядовитую железу и железы Дюфура. У жалящих перепончатокрылых эти железы несут функцию ядовитых желез. Ядовитая железа имеет кислый экскрет, а дюфуровы - щелочной. У разных видов перепончатокрылых роль этих желез различна. У медоносной пчелы и шмелей, например, основное значение приобретают дюфуровы железы, a Formica являются крайним вариантом развития кислой ядовитой железы.

Ядовитая железа Formica состоит из большого мускульного резервуара, служащего для хранения яда, и дорзальной железистой части. Железы представляют собой трубочки, которые одним концом открываются в центре резервуара, а с другого конца образуют парные железистые отростки. Стенки трубочек состоят из полигональных клеток, каждая из которых имеет канал, начинающийся в цитоплазме и открывающийся в полость трубочки. В расправленном виде железы достигают 20 см (Wheeler, 1910).

Все представители подсемейства Formicinae не имеют жала и при защите используют челюсти и выбрызгивают экскрет ядовитой железы, причем в зависимости от преобладания того или иного способа защиты железа может быть развита по-разному (Stumper, 1952). Formica s. str. способны, сокращая мышцы резервуара, выбрасывать струю яда на расстояние около 20 см.

Состав яда Formica s. str. изучался многими авторами (Stumper, 1950, 1959а, b, 1960; Osman, Brander, 1961 и др.): 61-65% яда составляет муравьиная кислота (НСООН). Других кислот яд не содержит. 1,17-1,85% яда составляет сухое вещество, растворимое в ацетоне, в котором содержится 19,85% Nh4 у зимующих или 4,83% Nh4 у летних рабочих и 15-17% аминокислот. Фосфатов в яде муравьев нет (Osman, Brander, 1961). Около 75% сухого вещества яда составляет пахучее вещество, по-видимому, терпиноид (Stumper, 1959a, b). Он образуется в железах Дюфура. Штумпер (Stumper, 1959a, b) высказывает предположение, что это вещество является следовым феромоном, однако это предположение бездоказательно (см. главу IX, раздел 6).

Количество муравьиной кислоты зависит от веса муравьев (Stumper, 1951). Через три недели истраченное содержимое резервуара восстанавливается (Sauerlander, 1961).

Процесс образования кислоты в организме неизвестен, и на этот счет высказывается несколько гипотез (обзор - O"Rourke, 1950b).

Яд муравьев обладает инсектицидным и антибиотическим действием. Инсектицидное действие оказывает только муравьиная кислота (Osman, Kloft, 1961). На лягушек она действует как нервный яд и влияет главным образом на работу сердца и дыхание (Цитович, Смирнов, 1915). Антибиотическое действие связано с другими компонентами яда (Sauerlander, 1961), возможно, с терпиноидным экскретом дюфуровых желез (Stumper, 1959b).

В Германии в 1942 г. были произведены исследования дезинсекционного действия муравьиной кислоты (Hase, 1942). Кусочки тканей со всеми стадиями развития вшей помещались в муравейники рыжих лесных муравьев. Муравьи полностью очищали ткань за 6-24 час. В парах кислоты вши гибли через несколько часов, однако яйца оставались живыми.

Рис. 6. Расположение пищеварительной и нервной систем и основных желез у рабочего муравья рода Formica (схема) 1 - нижняя губа; 2 - предротовая камера; 3 - глотка; 4 - пищевод; 5 - зоб; 6 - провентрикулюс; 7 - средняя кишка; 8 - пилорический отдел средней кишки; 9 - мальпигиевы сосуды; 10 - тонкая кишка; 11 - прямая кишка; 12 - анальное отверстие; 13 - максиллярная железа; 14 - нижнечелюстные железы; 15 - глоточная железа; 16 - слюнная железа; 17 - ядовитая железа: а - железистые отростки, б - секреторные трубочки, в - резервуар; 18 - железа Дюфура; 19 - надглоточный ганглий; 20 - подглоточный ганглий; 21 - грудные нервные узлы; 22 - брюшная нервная цепочка.Рис. 8. Псевдогины F. pratensis 1 - общий вид; 2-5 расположение лабиальных желез в груди: 2 - рабочего, 3 - самки, 4, 5 -- псевдогин (по Ronchetti, 1961)Рис. 9. Сравнительные размеры и форма надглоточного ганглия («мозга») рабочего (1), самки (2) и самца (3) F. fusca и расположение грибовидных тел в надглоточном ганглии рабочего F. polyctena (4). (1-3 - по Wheeler, 1910; 4- по Otto, 1962, схематизировано).Рис. 4. Грудь и чeшyйка Formica 2 - грудь самки F. sanguinea в профиль; 2 - то же, сверху; 3 - грудь самки F. cunicularia снизу; 4 - грудь рабочего F. sanguinea в профиль; 5 - то же, сверху; 6 - ноги рабочего F. gagatoides; 7 - аппарат для чистки усиков и лапок на передних ногах F. gagatoides; 8 - переднее крыло F. sanguinea; 9 - чешуйка самца F. sanguinea; 10 - чешуйка самки F. cunicularia.А - анальная жилка; С - костальная жилка; Cerv - шейный отдел; cu - кубитальная жилка; Cu - кубитальная ячейка; Cx - тазик; d - дискоидальная ячейка; Epm - эпимера; Epn - эпинотум; Eps - эпистерна; F - бедро; M - медиальная жилка; Mn - среднеспинка; Mst - стернит среднегруди; N - заднеспиика; Рl - плейрит среднегруди; Рn - переднеспинка; Pst - стернит переднегруди; Pt - птеростигма; R - радиальная жилка;r - радиальная ячейка; Sc - субкостальная жилка; Set - скутум; Sctl - скутеллюм; Sp - гребенчатая шпора; Тb - голень; Trs - лапка; Тr - вертлур; I - передняя нога; II - средняя нога; III - задняя нога (1-3, 9,10 - даны в одном масштабе).
Рис. 10. Половая система Formica 1 - половая система самца (схема); 2 - половая система самки рыжего лесного муравья; 3-7 - последовательные стадии развития яйцевых трубочек малого лесного муравья (?F. polyctena): 3 - начальная стадия; 6 - полностью развившиеся и функционирующие яйцевые трубочки; 7 - яйцевые трубочки старой особи с резорбировавшимися яйцами.а - семенники; б - парный семенной проток; в - семенной мешок; г -непарный семенной проток; д - яйцевые трубочки; е - парный яйцевод; ж - семеприемник; з - железа семепрнемни-кa; и - проток семеприемника; к - непарный яйцевод (2-7 - по Отто, 1958a, 1962)

Subfamily: Formicinae Latreille, 1836 - формициныОдно из крупных подсемейств, насчитывает около 1,5 тыс. видов, относящихся к 44 родам. Широко распространены на всем земном шаре, довольно обычны в тропиках и занимают доминирующее положение в умеренных широтах.

Subfamily: Dolichoderinae Forel, 1878 - пахучие муравьиНебольшое наиболее архаичное подсемейство муравьев. Распространено по всему земному шару, преимущественно в тропиках. Насчитывает более 230 видов.

Genus: Formica Linnaeus, 1758 - рыжие лесные муравьиВсего 292 вида.

Genus: Camponotus Mayr, 1861 - carpenter ants, кампонотусы, муравьи-древоточцы, сахарные муравьиВсего 965 видов.

Formica polyctena Foerster, 1850 - малый лесной муравей

Subgenus: Serviformica* Forel, 1913 - группа Formica fusca, устарелУстарел, исключен.

Formica rufa Linnaeus, 1761 - рыжий лесной муравей

Мирмекофил(от греч. mýrmēx - муравей и philía - любовь, склонность), использование муравьями особенностей строения или выделений некоторых растений. Муравьи селятся в полых стволах растений, колючках, междоузлиях или в сообщающихся ходах клубнеобразных стеблей. В других случаях муравьи питаются железистыми выделениями растений, содержащими белки, сахара и жиры.

Другой формой Мирмекофилия является приспособленность ряда животных к обитанию в гнёздах муравьев. Отношения муравьев к мирмекофилам могут быть нейтральными; нередки случаи симбиоза и комменсализма.

Ломехузажуки-стафилиниды (Lomechusa spp.) Эти жуки выделяют опьяняющие муравьев вещества. Проникая в муравейник, откладывают свои яйца в пакеты муравьиного расплода, так что ни о чем не подозревающие муравьи выкармливают чужое потомство. Между тем личинка жука обладает незаурядным аппетитом и пожирает муравьиный расплод. Привыкая к наркотическим выделениям этих жуков, рабочие муравьи обрекают на гибель и себя, и свой муравейник.

Formica sanguinea Latreille 1798 - кровавый муравей-рабовладелец

Formica lugubris Zetterstedt, 1838 - волосистый лесной муравей

Formica pratensis Retzius, 1783 - луговой муравей

Formica pisarskii Dlussky, 1964

Formica aquilonia Yarrow, 1955 - северный лесной муравей

Пчёлынадсемейство летающих насекомых отряда перепончатокрылых, родственное осам и муравьям. Существует около 20 тысяч видов пчёл. Распространены на всех континентах, кроме Антарктиды. Пчёлы питаются нектаром и пыльцой, используя нектар главным образом в качестве источника энергии, а пыльцу для получения белков и других питательных веществ.

Subfamily: Myrmicinae Lepeletier, 1836 - мирмициныMyrmicinae - самое большое подсемейство муравьев, включающее более 2 тыс. видов, относящихся более чем к 150 родам.

Subfamily: Dorylinae Leach - бродячие муравьи

Эпинотум (заднеспинка)часть груди муравья, образоваванная слиянием заднегруди и первого сегмента брюшка.

Гемолимфа«кровь муравьев», прозрачная жидкость кровеносной системы.

Фасеточные глаза(от франц. facette грань) (сложные глаза), парный орган зрения, образован многочисленными отдельными глазками - омматидиями. Хорошо воспринимают движущиеся объекты, обеспечивают широкое поле зрения. Острота зрения и способность к восприятию формы предмета развиты слабо.

Кастыу муравьев имеется три основные касты: самцы, самки и рабочие (бесплодные модифицированные самки).

Lasius niger (Linnaeus, 1758) - черный садовый муравей, black ant, garden ant

Manica rubida (Latreille, 1802)

Myrmica rubra (Linnaeus, 1758) - рыжая мирмика

Рецепторы(лат. receptio - прием) - органы и устройства, принимающие сигналы из внешней и внутренней среды организма и передающие их в центральную нервную систему.

Петиоль (стебелек)особый сегмент брюшка. У муравьев бывает двучлениковый (петиолюс + постпетиолюс) и одночлениковый (петиолюс - чешуйка). Количество члеников и форма стебелька очень важны для идентификации вида. Например у муравьев семейства Formicinae стебелек одночлениковый, а у Myrmicinae - двучлениковый.

Formica rufibarbis Fabricius, 1793 - краснощекий муравей, краснощекий муравей-минер

Шмелиземляные пчёлы (лат. Bombus) - род перепончатокрылых насекомых, во многих отношениях близкий медоносным пчёлам.

Formica cunicularia Latreille, 1798 - прыткий степной муравей

Formica gagatoides Ruzsky, 1904 - полярный муравей

Мезонотум (среднеспинка)часть груди муравья. Состоит из: скутума и скутеллюма. (Извините, информация нуждается в дополнении/уточнении)

Пронотум (переднеспинка)часть груди муравья.

antclub.ru

Муравьи: виды, особенности внешнего и внутреннего строения тела, размножение. Сколько у муравья лапок, глаз? Чем питается муравей в природе, где обитает, какую пользу приносит, сколько и где живет? Как живет муравьиная семья?

Муравьи - уникальные существа: обладая простым строением нервной системы и малыми размерами, они способны на многое.

• Кто такой муравей, как выглядит в природе, под микроскопом, к какому виду животных относится: , фото
  • Признаки муравья, как насекомого
• • Муравьи-хищники
  • Растительноядные муравьи
  • Всеядные муравьи
• Во сколько раз муравей поднимает больше своего веса?
• Как живет муравьиная семья?
• Как называется главная у муравьев и муравьиный самец?
• Как общаются муравьи?
• Как размножаются муравьи?
• Спят ли муравьи?
• Муравьи: виды, фото
• Интересные факты о муравьях

Муравьи - это самые распространенные насекомые, насчитывается более 14 тыс. видов. Их среда обитания - весь мир. Исключения - некоторые острова, Антарктида. Количество муравьев - огромно, хотя размер среднего муравья всего несколько миллиметров, но их доля составляет 10-25% биомассы всех животных планеты.

Муравей

Муравей относится к классу насекомых, тип - членистоногие из отряда перепончатокрылых, семейство - Муравьи. Это жалящие существа. Эти насекомые - ближайшие родственники ос и пчел, у многих есть жало на брюшке, ядовитые железы.

• Размер зависит от вида, статуса муравья, и бывает от 1 мм до 5 см. Самки крупнее, имеют крылья. Крылья становятся ненужными после брачного сезона, поэтому их отгрызают. Окрас всевозможный.
• Голова, грудь, брюшко соединяются тонкой талией. Муравьи не могут видеть четко, но различают движение. Это связано со строением: органы зрения состоят из множества линз. Сверху есть дополнительные простые глаза. Муравей имеет шесть тонких лапок с коготками, которыми карабкается по растениям.
• Усики на голове характеризуются сегментарным строением. Это органы осязания. Через них муравей чувствует запахи, вибрацию, идентифицирует воздушные потоки.
• По запаху муравьи выясняют месторасположение корма, идентифицируют соплеменников, подают сигналы тревоги, просьбы о помощи.
• Основными средствами защиты является муравьиная кислота и жвалы. Муравьиная кислота - это яд, вырабатываемый железами. Жвалы - это мощные верхние челюсти, которыми муравьи атакуют, защищаются, удерживают добычу.

Муравей под микроскопом

Признаки муравья, как насекомого

• Общественный образ жизни в колонии.
• Касты: самки, самцы, рабочие.
• Метаплевральная железа, которая служит для дезинфекции гнезда. Ее секрет имеет антибиотические свойства. Железа находится на груди, в задней ее части. Другие перепончатокрылые не имеют таких желез.
• Характерные редуцированные жилки на крыльях самок, самцов.
• Узкий стебелек из 1-2 членников соединяет грудь с брюшком.
• Наличие коленчатых усиков-антенн, которые служат для манипуляций с мелкими объектами.
• Мандибулы - верхние челюсти, жвалы, у муравьев имеют зазубренный жевательный край.
• У личинок отсутствуют индивидуальные ячейки. Расплод муравьи облизывают и перемещают. Другие перепончатокрылые такого не делают.

Строение головы муравья

Наука о муравьях: как называется?

Мирмекология - наука, изучающая муравьев. Происхождение названия древнегреческое. Одним из основоположников считается энтомолог Эрих Васманн. Этот ученый одним из первых написал научную работу о муравьях, их общественной жизни.

Муравьиные касты

Где обитает и сколько живет муравей?

Живут в гнездах-муравейниках семьями или колонией. Муравейник может быть:

• выкопан грунте, под камнем,
• сооружен в стволе дряхлого дерева,
• построен непосредственно в жилищах людей.

Средняя продолжительность жизни муравья составляет 3-5 лет. Но жизненный срок муравьев сильно варьируется и зависит от нескольких факторов.

В зависимости от касты

• Самцы живут несколько недель. Они выполняют свою функцию - оплодотворяют матку и погибают, будучи убитыми своими соплеменниками или врагами.
• Рабочие муравьи живут 1-3 года.
• Солдаты по физиологическим данным могут жить долго, но ввиду их трудовой деятельности - охрана муравейника, погибают они достаточно быстро.
• Матки живут дольше всех, некоторые до 20 лет.

В зависимости от вида

Крупные виды живут дольше. Наиболее длительная продолжительность жизни - у тропических муравьев, которые всю жизнь проживают в муравейнике. Так рабочие особи муравьев-бульдогов могут прожить 5 лет, а жизнь матки длиться 20-22 года.

В зависимости от климатических условий

Чем холоднее климат, тем дольше живут муравьи. Насекомые, живущие в северных районах, в холодный период впадают в спячку, длящуюся до 9 месяцев. Физиологические процессы при этом практически останавливаются.

В зависимости от рода деятельности

Жизнь муравьев, работающих в муравейнике более продолжительна, чем у тех, кто трудится снаружи, они не становятся жертвами хищников.

Интересно. Рекордсменкой-долгожителем стала матка древоточца. Зафиксировано, что прожила она 28 лет.

Мощные жвалы

Чем питается муравей в природе?

Рацион разнообразен, его характер зависит от вида.

Муравьи-хищники

Пища муравьев-хищников исключительно животного происхождения. Ею же они выкармливают расплод. Без белковой пищи личинки не способны развиваться.

Их рацион:

• беспозвоночные;
• всевозможные насекомые, личинки;
• разного размера лягушки;
• мелкие ящерицы, но с большой численностью могут атаковать и крупную особь;
• птенцы, выпавшие из гнезда;
• птицы, которые не летают;
• любое раненное, обездвиженное животное,
• трупы животных.

Интересно. Существует уникальный вид - муравьи-Дракулы, которые высасывают сок из собственных личинок. Но личинки не погибают, они быстро восстанавливают силы, поедая принесенных им насекомых.

Муравьи собирают падь тли

Растительноядные муравьи

Предпочитают растительное питание. Варианты употребления пищи разные. Так муравьи-жнецы измельчают пищу, смачивают полученную муку слюной и едят такое подобие теста. Муравьи-древоточцы переваривают пищу посредством эндосимбионтной бактерии в кишечнике. Листорезы выращивают грибницу, которую впоследствии съедают.

Их рацион:

• трухлявая древесина,
• семена различных трав,
• корни,
• злаковые культуры,
• сухие и спелые плоды фруктов, ягод, овощей,
• сок растений,
• орехи.

Рацион всеядных очень разнообразен

Всеядные муравьи

• Эти виды муравьев имеют широкое распространение в природе. Они могут поедать любую пишу растительного, животного происхождения. Особенно это касается фараоновых или домовых муравьев. Они едят все: от мелких беспозвоночных до семян, творога и сладостей.
• Существует разделение по возрасту. Личинкам предоставляется пища богатая белками, а взрослым - углеводами, для быстрого восполнения растраченной энергии.
• Некоторые муравьи разводят тлю: заботятся, защищают от хищников, закрывают от непогоды. При этом муравьи питаются выделениями тли - падью, которую добывают, пощекотав брюшко тли.

Уничтожают гусениц

Какую пользу приносят муравьи, почему муравьи санитары леса?

Муравьи оздоравливают, очищают природу:

Именно поэтому этих насекомых зовут «санитарами леса».

Строение тела муравья

Из чего состоит обычный муравей, тело, голова муравья?

Тело муравья защищает хитиновая оболочка - экзоскелет.

• Голова каждого вида отличается строением. На голове расположены верхние челюсти, служащие для захвата пищи, защиты, строительства - мандибулы. Здесь же находятся глаза. Коленчатые усики, служащие органами чувств, венчают голову. Муравей использует их для распознавания запахов, вибраций, приема/передачи сигналов, распознавания сородичей.
• Мезосома - три грудных отдела. Узкая талия, соединяющая два сегмента тела, называется петоилем, состоит из членников, одного-двух.
• Брюшко многих рабочих особей имеет жало, выделительные железы. В нем расположены органы: пищеварительные, репродуктивные.
• Лапки оканчиваются когтями.

Внутренние системы

Есть ли сердце, нервная, дыхательная система, глаза, зрение, легкие у муравья, чем дышит, видит муравей?

• Сердце муравья представлено мускулистой трубкой, которая тянется вдоль спины. Эта трубка перекачивает гемолимфу - бесцветную жидкость, выполняющую роль крови.
• Центральная нервная система представлена тянущейся по всему тела брюшной нервной цепочкой с несколькими нервными узлами. Надглоточный ганглий является ключевой составляющей нервной системы - это мозг муравья, в нем образуются временные связи.
• Дыхательная система - трахейная, которая открывается дыхальцами (стигмами) наружу.
• Муравьи имеют две группы глаз: фасеточные и простые. Фасеточные состоят из множества линз, могут различать движение. Сверху три простых глаза. Они определяют освещенность, поляризацию. Подземные представители могут быть полностью слепыми.

Сколько у муравья лапок, глаз, крыльев?

• У муравья шесть хорошо развитых лапок. Первая пара имеет щеточки для чистки усиков. Вторая пара - шпоры для защиты или атаки. Третья пара имеет зазубрины для удобства передвигаться по гладким и вертикальным поверхностям.
• В основном у муравья 5 глаз. Два фасеточных глаза состоят из линз - фасеток, число которых может варьироваться от 10 до 1000 и более. Три простых глаза. Но глаза развиты не у всех, например, у муравьев-Дракула глаз нет совсем.
• Самки, самцы муравьев имеют по четыре крыла.

Один муравей не опасен. Но множественные укусы могут вызвать аллергическую реакцию

Какие размеры, рост, длина у муравья, сколько весит муравей обычный?

• Размеры муравьев могут варьироваться в пределах от 1-30 мм, хотя некоторые представители дорастают до 50 мм. Самые маленькие муравьи из рода мономориум, длина рабочего - 1-2 мм, матки - 3-4 мм. Самые крупные представители, африканские бродячие муравьи, имеют размеры: самец - 3 см, самка при вынашивании яиц - 5 см. Но самые крупные были муравьи из вымершего рода Formicium: самка была 7 см, размах крыльев - 15 см.
• Самый легкий вид - фараоновый, средняя особь весит 1-2 мг. Рыжие, черные муравьи достигают 5-7 мг. Наиболее тяжелый вид - муравьи-пули, до 90 мг. Вес матки африканского бродячего муравья - наиболее тяжелой особи, до 10 г.

Во сколько раз муравей поднимает больше своего веса?

Средним показателем считается вес в 50 раз превышающий собственный. Группой муравьи способны поднять еще больше веса.

Муравьи - настоящие силачи

Что выделяют муравьи при укусе?

В большинстве случаев муравьи выделяют яд - муравьиную кислоту. Но некоторые виды имеют в своем распоряжении другой яд. Огненные муравьи имеют особый яд, в составе которого есть алкалоид пиперидин. А яд муравья-пули включает сильнейший токсин - понератоксин, который вызывает боль длительное время - около суток.

Интересно. В Центральной Африке зашивают рваные раны с помощью мандибул: края раны сдвигают, к ним подносят разъяренного муравья, который сжимает жвалы и соединяет края раны. Голову муравья сразу же отрезают и мандибулы уже не разожмутся.

Чем отличаются муравьи от других насекомых?

Муравьи социализированы: они живут колонией, имеют четкую структуру и иерархию. Все члены колонии взаимодействуют между собой, проводят совместный работы.

Муравьи имеют интеллект:

• они запасают еду,
• разводят «фермы» с тлей, которых зимой укрывают в муравейнике,
• спасают личинки, при разрушении муравейника.

Есть коленчатые усики, а также метаплевральная железа с антибиотическим секретом. Они имеют тонкую талию из 1-2 членников, соединяющую грудь и брюшко.

Схема муравейника

Как живет муравьиная семья?

Семья имеет четкую структуру. Каждому муравью отведена определенная роль, которая может меняться или нет, зависит от вида. Численность семьи может состоять от десятков до миллионов.

Состав семьи:

• расплод - яйца, личинки, куколки;
• рабочих представляют бесплодные самки;
• взрослые особи.

Самок, откладывающих яйца, может быть несколько или одна. Самцы представляют немногочисленную группу. Бесплодные самки формируют касты солдат, рабочих, других групп, они составляют наибольшую численность.

Муравьиной деятельности присущи:

• разделение труда;
• самоорганизация для решения сложных задач;
• взаимосвязь.

Интересно. Ученые точно не знают, каким образом тысячам муравьев удается организовать слаженную работу. Нервная система муравья весьма проста, а жизнь в муравейнике имеет высокую степень организации.

Жизнь муравьев

Особенности жизни муравьев:

• Некоторые муравьи разводят тлю и питаются, выделяемым ими, соком - падью. На зиму тлю укрывают в муравейнике.
• Зерно хранится в специальных хранилищах. Семена после дождей выносят сушить.
• Амазонские представители охотятся на насекомых, строя ловушки.
• Некоторые виды выращивают грибы, которые составляют основу их питания.
• Средний муравейник содержит 4-6 миллиона веточек. Для поддержания климата муравьи ежедневно делают обмен внутренних и наружных веточек. После зимы муравьи согревают муравейник теплом своих тел, нагревшись предварительно на солнце.
• Бродячие муравьи все время кочуют. Они крайне агрессивные и съедают все живое. Оседлый образ жизни они ведут только в период откладывания яиц и последующего выращивания личинок. Как только личинки подрастут - сразу в путь.

Видео. Муравьи. Тайная сила природы.

Главная у муравьев - репродуктивная матка. Также ее называют королевой или царицей. Количество маток в муравьиной семье зависит от вида, размера муравейника. Если одна - это моногиния, если несколько - это полигиния.

Самцы необходимы исключительно для оплодотворения самок. Рождаются незадолго до брачного периода, а вскоре после оплодотворения погибают. Никакого специфического названия не имеют.

Королева роет нору для нового муравейника

Особенности строения тела рабочего муравья, солдата, самки и самца: описание

• Матка отличается крупными размерами. До спаривания самки имеют крылья, которые отгрызают для получения дополнительного питания, когда откладывают яйца. Грудь царицы более мощная и развитая, более широкое брюшко.
• Самцы значительно меньше самок. Большинство имеют крылья, но существуют и бескрылые.
• Рабочие - это самки, которые не могут иметь потомства. Имеют более скромные, чем у матки размеры. Крыльев не имеют. Строение груди - упрощенное, глаза - меньше размером, могут отсутствовать.
• Солдаты - это рабочие особи большего размера с непропорционально большой головой, мощные мандибулы, которые позволяют эффективно защищаться.

Роль в семье рабочего муравья, солдата, самки и самца: описание

• Самки-королевы обеспечивают воспроизводство потомства. При голоде они откладывают яйца, которые съедаются самостоятельно либо идут на пропитание рабочим.
• Единственная задача самца - оплодотворить самку.
• Рабочие заботятся о семье. Ухаживают за потомством, королевой, строят, ремонтируют муравейник, чистят его, добывают еду - фуражируют, сохраняют запасы и т.д.
• Главной задачей солдат является защита от врагов муравьев, муравейника и территории. Также они мощными жвалами помогают рабочим муравьям расчленять добычу, когда ее невозможно унести целиком.

Процесс общения муравьев

Как общаются муравьи?

Основной способ передачи информации - тактильный, с помощью усиков, которыми стучат по определенным участкам.

У отдельных групп есть «свои жесты»:

• Фуражиры для передачи сигналов используют «язык поз».
• «Охотники» четко знают свои роли при охоте, транспортировке добычи.
• «Язык запахов». Так муравей-наблюдатель при угрозе выпускает специфический запах, который предупреждает всех муравьев, находящихся на поверхности. Муравьи-разведчики оставляют для фуражиров пахучий след.

Обмен информацией

Как размножаются муравьи?

Ответственными за размножение являются самки (будущие королевы) и самцы. А остальные рабочие муравьи, хоть и являются самками, но не способны откладывать яйца. Но есть гамэргаты - их рабочие могут плодиться. Королевы не имеют.

Самки и самцы развиваются вместе. По достижению брачного периода самцы взлетают, оставляя шлейф феромонов, по которому самки следуют за ними. Спариваются самки в основном с одним партнером, но бывают и исключения. После спаривания матка ищет место, отгрызает крылья, роет камеру для яиц, откладывает их и за первой партией ухаживает самостоятельно. Королева хранит сперму своего самца, которой оплодотворяет яйца.

Кормят ли муравьи отложенные самкой яйца?

Размер яйца около 0,5 мм. Королева их регулярно облизывает, перебирает и держит в едином комке. Когда вылупляются личинки, их начинают кормить. Пищей служит переработанная пища из зоба муравьев-нянек, кормовые яйца, семена. В зависимости от обильности питания вырастает рабочий, солдат, самка или самец.

Стадии развития

Стадии развития насекомого муравья: схема

Четыре стадии развития муравья:

1. Яйцо муравья размером до 1 мм овальной формы желтоватого, белесоватого оттенка.
2. Личинка имеет червеобразный вид. Сразу после вылупления личинки находятся вместе. Отделяются по мере роста. В этот период муравьи их обильно кормят.
3. Куколка - личинка, которая плетет вокруг себя кокон. Во время нахождения в коконе личинка не принимает пищу.
4. Взрослая особь появляется из кокона с помощью других муравьев, самостоятельно вылезти не может. Первоначально окрас молодой особи светлый, характерный для вида цвет приобретается через несколько дней. Муравей больше не растет.

Весь процесс длится около месяца.

Схема развития муравья

Спят ли муравьи?

Муравьи спят, но их сон частый и кратковременный. Рабочие муравьи в процессе своей трудовой деятельности замирают приблизительно на 1,1 минуту. В этот момент и наступает фаза сна. Таких моментов может быть до 250 в сутки.

Королева засыпает на несколько минут до 100 раз в сутки. Это показала видеокамера, установленная возле матки.

Где зимуют и что делают муравьи зимой?

Зиму муравьи проводят в наиболее глубоких слоях муравейника. Перед зимовкой муравьи собирают необходимое количество пищи, выкармливают оставшихся личинок, готовят отсеки для зимовки, роют новые при необходимости.

Некоторые муравьи впадают в спячку, их органы продолжают функционировать, но в замедленном темпе. Те, что не спят, продолжают работать, но со сниженной активностью. Муравьи выдерживают мороз до -50°С.

Муравьи: виды, фото

Видов муравьев множество, но самыми интересными считаются

Черные садовые муравьи

Живут в России, Португалии, Великобритании. Гнезда строят в земле, трухлявой древесине, под камнями. Размер рабочей особи - 5 мм, матки - до 11 мм. Основа рациона - падь тли.

Черные садовые муравьи

Рыжие лесные муравьи

Распространены на территории России. Проживают в хвойных, лиственных, смешанных лесах. Строят муравейники высотой до 2 метров. Размеры особей 7-14 мм.

Лесные рыжие муравьи

Фараонов муравей - домовой

Обитают в домах человека, строя муравейник за плинтусами, в фундаменте, в простенках. Рабочие особи до 2 мм, матка - до 4 мм.

Фараонов муравей

Кочевые муравьи

Постоянно кочуют, останавливаясь лишь во время размножения. Муравейник строится из тел муравьев. Матка отличается огромной плодовитостью - каждые сутки рождается около 130 тыс. личинок. Как только появляются молодые особи - муравьи двигаются в путь. Это самый опасный вид - они не оставляют после себя ничего живого. Размер рабочей особи - до 1,5 см, матки - до 5 см. Живут в Африке, Азии, Америке.

Кочевой муравей

Муравьи-бульдоги

Имеют мощную челюсть, которой отталкиваются для прыжка на 0,3 метра. Умеют плавать. Живут в Австралии. Размеры - до 3 см.

Представители муравьев-бульдогов

Муравьи-пуля

Живут в тропических лесах Никарагуа, Парагвая. Гнезда устраивают в стволах деревьев. Их укус крайне болезненный, а боль не утихает сутки.

Представители муравьев-пуля

• Муравьи жили в эпоху динозавров, появились 110-130 млн. лет назад.
• Крупнейшая колония насчитывает более 1 млрд особей и занимает более 5954 кв.км.
• Муравьи могут брать в плен соплеменников, заставлять их работать на себя.
• Максимальная скорость особи - до 7,62 см/сек. Для человека такая скорость соответствует 55 км/час.
• Используют чужой опыт.
• Некоторые виды ориентируются по магнитному полю Земли, как акулы.
• Из собственных тел делают «живые» мосты для преодоления преград.

Схема классификации насекомых на примере муравьев

Классификация

Видео. Сверхорганизм, город муравьев

heaclub.ru

Муравьи » Строение муравья

Яйцо Личинка Cтроение головы Грудь и придатки Анатомия

В мире, по приблизительным оценкам, миллиард миллиардов муравьев, принадлежащих к 12 тысячам видов. Их общая биомасса приблизительно равна биомассе человечества.

© «Наука и жизнь»

1. Мозг, состоящий примерно из 500 тысяч нейронов.

2. Кишечник.

3. Стебелек - узкая часть тела, соединяющая грудь с брюшком и придающая гибкость движениям насекомого.

4. Метаплевральная железа. Вырабатывает антибиотики, защищающие муравья от бактерий.

5. Нервная система. Состоит из трех грудных и нескольких брюшных ганглиев.

6. Зобик. Содержит жидкую переваренную пищу, которую муравей отрыгивает и передает другим членам колонии в процессе трофаллаксиса - обмена пищей.

7. Хитиновый экзоскелет. Защищает тело, обеспечивает его прочность и служит опорой для мышц.

8. Жало. Имеется не у всех видов.

9. Дюфурова железа. Вырабатывает феромоны, которые служат сигналами для муравьев, идущих по следу.

10. Нога, состоящая из пяти отделов.

11. Ядовитая железа. У рыжего муравья выделяет муравьиную кислоту, у некоторых других видов - парализующий яд.

12. Желудок.

13. Глаз. Острота зрения у разных видов различна. Некоторые видят предметы, удаленные на сотни метров, другие виды почти слепы.

14. Мандибулярная (челюстная) железа. Выделяет феромоны тревоги при нападении хищника или появлении чужаков.

15. Шпора на ноге для чистки антенн.

16. Коготки. Их два на каждой лапке, между ними подушечка, выделяющая клейкую жидкость, которая позволяет муравью ходить по гладким или наклонным поверхностям.

17. Антенны, с помощью которых муравей получает информацию о запахе, вкусе, химическом составе, текстуре различных предметов и обменивается ею с собратьями.

18. Постфарингеальная (заглоточная) железа. Здесь производятся и хранятся жиры, предназначен ные для кормления личинок.

19. Жвала. Служат для захвата и пережевывания пищи, а также как оружие.

© «Наука и жизнь»

Биомассаобщая масса особей одного вида, группы видов или сообщества в целом на единицу поверхности или объема местообитания. Биомасса растений называется фитомассой, биомасса животных зоомассой.

Насекомоекласс беспозвоночных типа членистоногих. Тело разделено на голову, грудь и брюшко, 3 пары ног, у большинства крылья. Дышат трахеями. Развитие, как правило, с метаморфозом яйцо, личинка, нимфа (или куколка), взрослое насекомое. Самая многочисленная и разнообразная группа животных на Земле.

Колонияфункциональное образование, состоящее из материнской и дочерних семей, поддерживающих регулярные родственные отношения

Трофоллаксис(от трофо… и греч. allaxis - обмен) передача пищи и гормональных веществ от особи к особи путем кормления содержимым зобика, желудка или слизывания выпота с поверхности тела. Играет огромную роль в передаче информации между муравьями.

Хитинполисахарид, образованный остатками аминосахара ацетилглюкозамина. Основной компонент наружного скелета (кутикулы) насекомых, ракообразных и других членистоногих. У грибов заменяет целлюлозу, с которой сходен по химическим и физическим свойствам и биологической роли.

Экзоскелетэкзо- внешний, скелет - основа. Внешний тип скелета представляет из себя хитиновый панцирь. Не содержит клеточных элементов. Он поддерживает и защищает тело животного от механических и от биологческих воздействий.

Феромоны(греч. φέρω - «нести» + ορμόνη - «гормон») - летучие вещества, управляющие поведенческими реакциями, процессами развития, а также многими процессами, связанными с социальным поведением и размножением. Феромоны модифицируют поведение, физиологическое и эмоциональное состояние или метаболизм других особей того же вида.

Мандибулы(лат. mandibule - челюсть, от mando - жую, грызу), первая пара челюстей у ракообразных, многоножек и насекомых. Синоним: жвала.

Нельзя без дополнительных пояснений однозначно ответить на вопрос о том, сколько живут муравьи: продолжительность жизни муравьев зависит от вида и тому, к какой касте принадлежит каждая особь. Но в среднем энтомологи дают следующие данные:

• Рабочий муравей живет от 1 до 3 лет. При этом у более мелких видов продолжительность жизни муравья меньше, чем у крупных. А муравьи, обитающие в более холодных регионах, также живут в среднем дольше, чем жители тропиков.
• Самцы муравьев живут всего несколько недель. Их задача - поучаствовать в спаривании. В дальнейшем их уничтожают или муравьи из их же муравейника, или они погибают в лапах хищников.
• - самый долгоживущий член колонии. У некоторых видов продолжительность жизни матки может доходить до 20 лет - это в 10-15 раз больше того, сколько примерно живет рабочий муравей.

Говоря, сколько лет живут муравьи, необходимо учитывать и то, что некоторые их виды, особенно северные, впадают на зиму в спячку. В этот период, который у муравьев на Колыме или Камчатке длится до 9 месяцев в году, жизнедеятельность организма муравья практически приостанавливается.

Соответственно, три года в таком режиме - это в сумме активной жизни даже меньше, чем один год в Амазонской сельве. Но в целом при оценке продолжительности жизни необходимо учитывать и другие особенности образа жизни муравьев, и нюансы их биологии.

Какие муравьи живут дольше, а какие - меньше

Продолжительность жизни муравьев зависит от нескольких факторов и обстоятельств:

• Прежде всего – от вида муравья. Например, рабочие живут в среднем 2 месяца, а у срок жизни рабочего муравья может достигать 5 лет.

• Каста в муравейнике - муравьи-солдаты в целом могут жить дольше тех, которые ухаживают за расплодом и маткой. А сами матки всегда живут дольше любого рабочего муравья. Например, зарегистрированный рекорд у матки муравья-древоточца составил 28 лет без учета личиночной стадии!
• Характер выполняемых работ. Муравьи, проводящие всю жизнь в муравейнике, живут дольше фуражиров и солдат, даже несмотря на то, что последние «запрограммированы» на более продолжительную жизнь. Здесь дело в том, что солдаты и фуражиры в большинстве своем рано или поздно становятся жертвами хищников и других муравьев, и гибнут, не доживая до своего физиологического предела.
• Продолжительность стадии личинки. Например, у муравьев, обитающих за Полярным кругом, из-за очень короткого теплого периода года личинки развиваются несколько лет, и ещё несколько лет живут взрослые муравьи.
• Температурный режим: жизнь муравьев при относительно низких температурах оказывается более продолжительной, чем у собратьев их же вида, но обитающих в более теплой местности.

У некоторых видов муравьев, не имеющих четкого подразделения на касты (например, у черных садовых или тех же фараоновых муравьев) существует определенная «карьера» в муравейнике. Новорожденный муравей сначала занимается уходом за личинками и яйцами, затем – обустройством муравейника, а под конец жизни – поиском и добычей корма.

Это очень логично – в муравейнике всегда концентрируется наибольшее количество жизнеспособных особей, а из-за высокой смертности среди фуражиров ряды последних пополняются только по мере необходимости «уже отжившими свое» особями.

Муравьи-долгожители и некоторые рекорды

Самыми долгоживущими считаются крупные тропические муравьи, жизнь которых протекает в муравейнике. Среди них - муравьи-бульдоги, у которых рабочие особи могут жить до 5 лет, а матки - до 20-22 лет.

Намного меньше живут азиатские и африканские кочевые муравьи, но они известны другими своими рекордами. Например, матка африканского черного может достигать в длину 5 см, являясь самым крупным муравьем вообще, а матка азиатского бродячего муравья может откладывать до 120 тысяч яиц в день - около 2 яиц каждую секунду. Такой плодовитостью не могут похвастаться практически никакие другие живые существа на земле.

Как живут муравьи в муравейнике

Все муравьи живут большими семьями, имеющими более или менее сложную структуру. У более примитивных муравьев нет выраженного подразделения на касты, и каждая рабочая особь может выполнять разные функции. Более эволюционно продвинутые муравьи имеют в каждой семье несколько каст, представители каждой из которых выполняют строго определенные операции.

Это интересно

Например, у муравьев-листорезов в семье насчитывается 7 каст, отличающихся друг от друга размерами и внешним видом. В сумме все муравьи выполняют 29 различных функций.

Семьи, которыми живут муравьи, могут состоять от нескольких десятков до нескольких миллионов особей. Например, у бродячих муравьев в одной семье насчитывается от 2 до 20 миллионов муравьев.

Немного о том, как живут бродячие муравьи, можно посмотреть на видео.

Захватывающее видео: охота кочевых (бродячих) муравьев

Почти все муравьи живут в муравейниках, которые они либо строят самостоятельно, либо преобразуют под них различные полости в земле, древесине, под камнями или в жилье человека. Жизнь муравьев в муравейнике отличается высочайшей организованностью и порядком.

Каждый член большой семьи четко знает свои функции и выполняет их предельно старательно. Коммуникация между насекомыми происходит с помощью химических сигналов, и новости распространяются здесь очень быстро. Например, уже через несколько минут после гибели матки об этом будет знать каждый муравей.

На видео хорошо видна жизнь муравьев в муравейнике, устроенного в специальном стеклянном формикарии:

Видео о жизни муравьев в формикарии — домашнем муравейнике

Это интересно

Бродячие муравьи - известное исключение из правил. У них нет постоянного муравейника, и они постоянно кочуют в поисках кормовых угодий. При этом в месте временной дислокации рабочие муравьи сцепляются друг с другом, захватывая челюстями тельце соседа, и образуют огромный муравейник-шар, в котором продолжает кипеть жизнь.

Муравьи живут практически по всему миру. Нет их только в Гренландии, Антарктиде и на некоторых океанических островах. Там же, где муравьи обитают, они сумели покорить практически все биотопы, населяя зону вечной мерзлоты, леса, деревья, степи и даже пустыни, в которых питаются гибнущими от зноя насекомыми. Но вне зависимости от биотопа муравейник любых муравьев представляет собой сложную структуру, в которой яйца и личинки содержатся в оптимальных для них условиях микроклимата.

Немного про жизнь муравейника в целом

Практически каждый муравейник начинается с маленькой норки или полости под камнем, в которой прячется оплодотворенная самка. Не питаясь и не показываясь на поверхности, она откладывает первые яйца и кормит первых своих помощников специальными трофическими яйцами.

И только после того, как первое потомство превратится из личинок во взрослых муравьев, самка начнет получать от них пищу. Они же начнут ухаживать за яйцами и расширять муравейник.

У многих муравьев весь мусор из муравейника складывается около выхода, и из него формируются большие кучи. Такие муравейники известны в наших лесах - они могут достигать высоты в 2 м.

Образ жизни муравьев, обитающих в северных широтах, подразумевает длительное переживание зимнего периода. В тех местностях, где под землей сохраняются положительные температуры, муравьи не впадают в спячку, но готовят на зиму запасы, и муравейник продолжает нормально жить на протяжении всей зимы. При этом самка перестает откладывать яйца, а все выходы из муравейника замуровываются.

Это интересно

Муравьи-жнецы могут собирать в муравейнике до 1 кг зерен и семян, которые используются колонией для питания в холодное время года.

Там же, где земля промерзает, муравьи могут зимовать в состоянии переохлаждения. Они и здесь ставят рекорды: личинки камчатских муравьев могут охлаждаться до минус 50°С. Разумеется, в этот период насекомые не двигаются, а их внутренние органы практически не работают.

Обычно раз в году в муравейнике выводятся половые особи, которые одновременно вылетают, роятся, спариваются, и самки после этого расползаются в поисках новых мест для муравейников. Иногда очень большая семья может разделиться, и часть её уходит в новое место организовывать новую колонию.

В целом же муравьи - пример альтруизма и полного самопожертвования на благо колонии. Каждый из них готов погибнуть, защищая муравейник от врага, и каждый всю свою короткую или долгую жизнь самоотверженно трудится. Неудивительно, что именно муравьи сегодня являются самыми многочисленными насекомыми на Земле, по количеству особей превосходя любую другую группу членистоногих.

Интересное видео: как муравьи атакуют и поедают других насекомых

Сложность жизненного уклада муравьиной семьи удивляет даже специалистов, а для непосвященных вообще представляется чудом. Трудно поверить в то, что жизнь всего муравьиного сообщества и каждого отдельного его члена управляется только врожденными инстинктивными реакциями. Ученым пока не ясно, как происходит координация коллективных действий десятков и сотен тысяч жителей муравейника, каким образом муравьиная семья получает и анализирует информацию о состоянии окружающей среды, необходимую для поддержания жизнеспособности муравейника. Гипотеза, которая рассматривает эти вопросы с внешней по отношению к мирмекологии точки , используя идеи теории информации и управления, может показаться фантастической. Однако полагаем, что она имеет право на обсуждение.

Муравьи тщательно следят за состоянием своего жилища. Среднего размера муравейник состоит из 4-6 млн хвоинок и веточек. Ежедневно сотни муравьев переносят их сверху в глубь муравейника, а из нижних этажей – наверх. Так обеспечивается стабильный влажностный режим гнезда, и поэтому купол муравейника остается сухим после дождя, не гниет и не плесневеет.

Оригинально решают муравьи проблему разогрева муравейника после зимы. Теплопроводность стенок муравейника очень мала, и естественный прогрев весною занял бы очень долгое время. Для ускорения этого процесса муравьи приносят тепло внутрь муравейника на себе. Когда начинает пригревать солнце и с муравейника сходит снег, его жители выползают на поверхность и начинают “принимать солнечные ванны”. Очень быстро температура тела муравья повышается на 10-15 градусов, и он возвращается обратно в холодный муравейник, согревая его своим теплом. Тысячи муравьев, “принимающих” такие “ванны”, быстро поднимают температуру внутри муравейника.

Бесконечно разнообразие муравьев. В тропиках водятся так называемые бродячие муравьи, которые кочуют большими массами. На своем пути они уничтожают всё живое, и остановить их невозможно. Поэтому на жителей тропической Америки эти муравьи наводят ужас. При приближении колонны бродячих муравьев жители с домашними животными бегут из деревни. После прохода колонны через деревню в ней не остается ничего живого: ни крыс, ни мышей, ни насекомых. Двигаясь в колонне, бродячие муравьи соблюдают строгий порядок. По краям колонну охраняют муравьи-солдаты с огромными челюстями, в центре находятся самки и рабочие. Рабочие несут личинок и куколок. Движение продолжается весь световой день. На ночь колонна останавливается, и муравьи сбиваются в кучу. Для размножения муравьи временно переходят на оседлую жизнь, но строят не муравейник, а гнездо из собственных тел в форме шара, полого внутри, с несколькими каналами для входа и выхода. В это время матка начинает откладывать яйца. Рабочие муравьи ухаживают за ними и выводят из них личинок. Отряды муравьев-фуражиров время от времени выходят из гнезда за пищей для семьи. Оседлая жизнь продолжается до тех пор, пока личинки не подрастут. Тогда муравьиная семья опять двигается в путь.

О чудесах муравьиной семьи можно рассказать еще очень много, но вот каждый отдельный обитатель муравейника – это, как ни удивительно, просто мелкое суетливое насекомое, в действиях которого часто трудно найти какую-либо и цель.

Муравей перемещается по неожиданным траекториям, тащит в одиночку или в группе какие-нибудь грузы (кусок травинки, муравьиное яйцо, комочек земли и т.д.), но обычно трудно проследить за его работой от начала до результата. Более осмысленно выглядят его, так сказать, “трудовые макрооперации”: муравей сноровисто подхватывает травинку или кусочек хвои, включается в “групповую” переноску, умело и отчаянно сражается в муравьиных битвах.

Поражает не то, что из этого хаоса и, казалось бы, бесцельной суеты складывается многоликая и размеренная жизнь муравейника. Если с высоты сотни метров посмотреть на любое человеческое строительство, то картина будет очень схожа: там тоже сотни работников делают десятки на первый взгляд не связанных друг с другом операций, и в результате возникает небоскреб, домна или плотина.

Удивительно другое: в муравьиной семье не обнаруживается никакого “мозгового центра”, который управлял бы общими усилиями для достижения желаемого результата, будь то починка муравейника, добыча пищи или защита от врагов. Больше того, анатомия отдельного муравья – разведчика, работника или муравьиной матки – не позволяет поместить этот “мозговой центр” в отдельном муравье. Слишком малы физические размеры его нервной системы, и слишком велик объем программ и накопленных поколениями данных, необходимых для управления жизнедеятельностью муравейника.

Можно допустить, что отдельный муравей способен автономно на инстинктивном уровне выполнять небольшой набор “трудовых макроопераций”. Это могут быть и трудовые и боевые операции, из которых, как из элементарных кирпичиков, складывается трудовая и боевая жизнь муравейника. Но для жизни в муравьиной семье этого мало.

Для существования в своей среде обитания муравьиной семье необходимо уметь оценивать и собственное состояние, и состояние окружающей среды, уметь переводить эти оценки в конкретные задачи поддержания гомеостаза, устанавливать приоритеты этих задач, следить за их выполнением и в режиме реального времени перестраивать работу в ответ на внешние и внутренние возмущения.

Как муравьи делают это? Если принять допущение об инстинктивных реакциях, то достаточно правдоподобный алгоритм может выглядеть следующим образом. В живого существа в том или ином виде должно находиться нечто подобное таблице “ситуация – инстинктивный ответ на ситуацию”. В любой жизненной ситуации информация, поступающая от , обрабатывается нервной системой и “образ ситуации”, созданный ею, сравнивается с “табличными ситуациями”. При совпадении “образа ситуации” с какой-либо “табличной ситуацией” выполняется соответствующий “ответ на ситуацию”. Если совпадения нет – не корректируется или выполняется некоторый “дежурный” ответ. Ситуации и ответы в такой “таблице” могут быть обобщены, но и при этом ее информационный объем будет очень большим даже для выполнения относительно простых функций управления.

“Таблица” же, которая управляет жизнью муравейника и в которой перечислены варианты ситуаций трудовой деятельности и контактов с окружающей средой при участии десятков тысяч муравьев, становится просто необозримой, и для ее хранения потребовались бы колоссальные объемы “запоминающих устройств” нервной системы. Кроме того, время получения “ответа” при поиске в такой “таблице” также будет очень велико, так как его необходимо выбирать из необозримо большого набора схожих ситуаций. А в реальной жизни эти ответы надо получать достаточно быстро. Естественно, что путь усложнения инстинктивного поведения вскоре заводит в тупик, особенно в тех случаях, когда требуются инстинктивные навыки коллективного поведения.

Муравьи. "Пастух" и стадо "коров"

Для оценки сложности “таблицы инстинктивного поведения” посмотрим хотя бы, какие основные операции приходится выполнять муравьям-“животноводам” при уходе за тлями. Очевидно, что муравьи должны уметь отыскивать на листьях “богатые пастбища” и отличать их от “бедных”, чтобы вовремя и правильно перемещать тлей по растению. Они должны уметь распознавать опасных для тлей насекомых и знать способы борьбы с ними. При этом вполне возможно, что способы борьбы с разными врагами отличаются друг от друга, и это, естественно, увеличивает необходимый объем знаний. Важно также уметь опознавать самок тлей, чтобы в определенный момент (в начале зимы) переносить их в муравейник, располагать в специальных местах и обслуживать всю зиму. Весною же надо определить места их повторного расселения и организовать жизнь новой колонии.

Наверное, нет надобности продолжать – уже перечисленные операции дают представление об объеме знаний и умений, нужных муравью. При том надо учитывать, что все подобные операции – коллективные и в разных ситуациях могут выполняться разным количеством муравьев. Поэтому невозможно выполнять эту работу по жесткому шаблону и надо уметь адаптироваться к меняющимся условиям коллективного труда. Например, муравей-“животновод” должен знать не только, как ухаживать за тлями, но и как участвовать в коллективной жизни муравейника, когда и где работать и отдыхать, в какое время начинать и кончать рабочий день и т.д. Для координации действий десятков и сотен тысяч муравьев в безбрежном океане вариантов коллективной трудовой деятельности необходим уровень управления на порядки выше того, который возможен при инстинктивном поведении.

Элементарные интеллектуальные возможности появились у представителей животного мира Земли именно как способ обойти это принципиальное ограничение. Вместо жесткого выбора из “таблицы” стал использоваться метод построения “ответа” на возникающую ситуацию из относительно малого набора элементарных реакций. Алгоритм такого построения хранится в “памяти”, и специальные блоки нервной системы в соответствии с ним строят необходимый “ответ”. Естественно, что та часть структуры нервной системы, которая ответственна за реакции на внешние возмущения, существенно усложняется. Но такое усложнение окупается тем, что позволяет, не требуя нереально больших объемов нервной системы, практически неограниченно разнообра зить поведение особи и сообщества. Освоение нового типа поведения с этой точки зрения требует лишь добавления в “память” нового алгоритма формирования “ответа” и минимального объема новых данных. При инстинктивном же поведении возможности нервной системы быстро ставят предел такому развитию.
Очевидно, что перечисленные выше функции управления муравьиной семьей, необходимые для поддержания равновесия с окружающей средой и выживания, не могут выполняться на инстинктивном уровне. Они близки к тому, что мы привыкли называть .

Но доступно ли мышление муравью? По некоторым данным, его нервная система содержит всего около 500 тыс. нейронов. Для сравнения: в около 100 млрд нейронов. Так почему же муравейник может делать то, что он делает, и жить так, как он живет? Где размещается “мыслящий центр” муравьиной семьи, если в нервной системе муравья его разместить нельзя? Скажу сразу, что таинственные “психополя” и “интеллектуальная аура” в качестве вместилища этого “центра” здесь рассматриваться не будут. Будем искать реально существующие места возможного расположения такого “центра” и способы его функционирования.

Представим себе, что программы и данные гипотетического мозга достаточно большой мощности разбиты на большое количество малых сегментов, каждый из которых размещен в нервной системе одного муравья. Для того чтобы эти сегменты могли работать как единый мозг, надо соединить их линиями связи и в набор программ мозга включить программу-“надзирателя”, которая следила бы за передачей данных между сегментами и обеспечивала нужную последовательность их работы. Кроме того, при “построении” такого мозга надо учесть то, что некоторые муравьи – носители программных сегментов – могут умереть от старости или погибнуть в тяжелой борьбе за выживание, а с ними погибнут и расположенные в них сегменты мозга. Чтобы мозг был устойчив к таким потерям, необходимо иметь резервные копии сегментов.

Программы самовосстановления и оптимальная стратегия резервирования позволяют, вообще говоря, создать мозг очень высокой надежности, который сможет работать продолжительное время, несмотря на военные и бытовые потери и смену поколений муравьев. Такой “мозг”, распределенный по десяткам и сотням тысяч муравьев, будем называть распределенным мозгом муравейника, центральным мозгом или супермозгом. Надо сказать, что в современной технике системы, сходные по структуре с супермозгом, не новинка. Так, американские университеты уже используют тысячи компьютеров, подключенных к Интернету, для решения актуальных научных задач, требующих больших вычислительных ресурсов.

Кроме сегментов распределенного мозга в нервной системе каждого муравья должны быть заложены и программы “трудовых макроопераций”, выполняемых по командам этого мозга. Состав программы “трудовых макроопераций” определяет роль муравья в иерархии муравейника, а сегменты распределенного мозга работают как единая система, как бы вне сознания муравья (если бы оно у него было).

Итак, предположим, что сообщество коллективных насекомых управляется распределенным мозгом, причем каждый член сообщества является носителем частицы этого мозга. Другими словами, в нервной системе каждого муравья находится небольшой сегмент центрального мозга, который является коллективной собственностью сообщества и обеспечивает существование этого сообщества как целого. Кроме того, в ней находятся программы автономного поведения (“трудовые макрооперации”), которые являются как бы описанием его “личности” и которые логично назвать собственным сегментом. Так как объем нервной системы каждого муравья мал, то и объем индивидуальной программы “трудовых макроопераций” тоже получается малым. Поэтому такие программы могут обеспечивать самостоятельное поведение насекомого только при выполнении элементарного действия и требуют обязательного управляющего сигнала после его окончания.

Говоря о супермозге, нельзя обойти проблему связи между его сегментами, расположенными в нервной системе отдельных муравьев. Если мы принимаем гипотезу распределенного мозга, то должны учитывать, что для управления системой муравейника необходимо быстро передавать большие объемы информации между сегментами мозга и отдельные муравьи должны часто получать управляющие и корректиру ющие команды. Однако многолетние исследования муравьев (и других коллективных насекомых) не обнаружили сколько-нибудь мощных систем передачи информации: найденные “линии связи” обеспечивают скорость передачи порядка единиц бит в минуту и могут быть только вспомогательными.

Сегодня мы знаем лишь один канал, который мог бы удовлетворить требованиям работы распределенного мозга: электромагнитные колебания в широком диапазоне частот. Хотя до настоящего времени такие каналы не найдены ни у муравьев, ни у термитов, ни у пчел , из этого не следует, что они отсутствуют. Правильнее говорить о том, что использованные методики исследования и аппаратура не позволили обнаружить эти каналы связи.

Современная техника, например, дает примеры совершенно, неожиданных каналов связи в хорошо, казалось бы, изученных областях, которые можно обнаружить только специально разработанными методами. Хорошим примером может быть улавливание слабых звуковых колебаний, или, попросту говоря, подслушивание. Решение этой задачи искали и находили и в архитектуре древнеегипетских храмов, и в современных направленных микрофонах, но с появлением лазера неожиданно выяснилось, что есть еще один надежный и высококачественный канал приема весьма слабых акустических колебаний. Причем возможности этого канала далеко превосходят все, что считалось в принципе возможным, и кажутся сказочными. Оказалось, что можно хорошо слышать безо всяких микрофонов и радиопередатчиков все, что вполголоса говорится в закрытой комнате, и делать это с расстояния 50-100 метров. Для этого достаточно, чтобы в комнате было застекленное окно. Дело в том, что звуковые волны, возникающие при разговоре, вызывают колебания оконных стекол с амплитудой в микроны и доли микрона. Лазерный же луч, отражаясь от колеблющегося стекла, дает возможность фиксировать эти колебания на приемном устройстве и после соответствующей математической обработки превращать в звук. Этот новый, ранее неизвестный метод регистрации колебаний позволил улавливать неощутимо слабые звуки в условиях, когда их обнаружение казалось принципиально невозможным. Очевидно, что эксперимент, опирающийся на традиционные способы поиска электромагнитных сигналов, не смог бы обнаружить этот канал.

Почему же нельзя предположить, что распределенный мозг использует какой-то неизвестный нам способ передачи информации по каналу электромагнитных колебаний? С другой стороны, в повседневной жизни можно найти примеры передачи информации по каналам, о физической основе которых ничего не известно. Я не имею в виду исполняющиеся предчувствия, эмоциональную связь между близкими людьми и другие подобные случаи. Вокруг этих явлений, несмотря на их безусловное существование, накопилось столько мистических и полумистических фантазий, преувеличений, а иногда и просто обмана, что я не решаюсь ссылаться на них. Но известно, например, такое распространенное явление, как ощущение взгляда. Практически каждый из нас может случаи, когда он оборачивался, почувствовав чей-нибудь взгляд. Сомнений в существовании информационного канала, который ответственен за передачу ощущения взгляда нет, но нет и объяснения, каким образом некоторые особенности состояния психики смотрящего передаются тому, на кого он смотрит. Электромагнитное поле мозга, которое могло бы быть ответственно за этот информационный обмен, практически неощутимо при удалении на десятки сантиметров, а ощущение взгляда передается на десятки метров.

То же можно сказать о таком общеизвестном явлении, как . Гипнотические способности имеет не только человек: известно, что некоторые змеи используют при охоте. При гипнозе также происходит передача информации от гипнотизера к гипнотизируемому по каналу, который хотя и безусловно существует, но природа которого неизвестна. Причем если гипнотизер-человек использует иногда голосовые приказы, то змеи звуковой сигнал не используют, но их гипнотическое внушение от этого не теряет силу. И никто не сомневается в том, что можно почувствовать чужой взгляд, и не отрицает реальности гипноза из-за того, что в этих явлениях каналы передачи информации неизвестны.

Все сказанное выше можно рассматривать как подтверждение допустимости предположения о существовании канала передачи информации между сегментами распределенного мозга, физическая основа которого нам еще неизвестна. Так как наука, техника и практика повседневной жизни дают нам неожиданные и неразгаданные примеры разнообразных информационных каналов, то и в предположении о наличии еще одного канала неустановленной природы нет, видимо, ничего необычного.

Для объяснения того, почему линии связи у коллективных насекомых еще не обнаружены, можно привести много различных причин – от вполне реальных (недостаточная чувствительность исследовательской аппаратуры) до фантастических. Проще, однако, допустить, что эти линии связи существуют, и посмотреть, какие следствия из этого вытекают.

Прямые наблюдения за муравьями подтверждают гипотезу о внешних командах, управляющих поведением отдельного насекомого. Типичным для муравья является неожиданное и резкое изменение направления движения, которое нельзя объяснить никакими видимыми внешними причинами. Часто можно наблюдать, как муравей на мгновенье останавливается и неожиданно поворачивает, продолжая движение под углом к прежнему направлению, а иногда и в обратную сторону. Наблюдаемую картину можно правдоподобно истолковать, как “остановку для приема управляющего сигнала” и “продолжение движения после получения приказа о новом направлении”. При выполнении какой-либо трудовой операции муравей может (правда, это случается заметно реже) прервать ее и либо перейти к другой операции, либо двигаться в сторону от места работы. Такое поведение также напоминает реакцию на внешний сигнал.

Очень интересен с точки зрения гипотезы супермозга феномен так называемых ленивых муравьев. Наблюдения показывают, что не все муравьи в семье являются образцами трудолюбия. Оказывается, примерно 20% муравьиной семьи практически не принимает участия в трудовой деятельности. Исследования показали, что “ленивые” муравьи – это не муравьи на отдыхе, которые после восстановления сил включаются в работу. Оказалось, что если удалить из семьи заметную часть работающих муравьев, то соответственно повышается темп работы оставшихся “работников”, а “ленивые” муравьи в работу не включаются. Поэтому их нельзя считать ни “трудовым резервом”, ни “отдыхающими”.

Сегодня предложено два объяснения существования “ленивых” муравьев. В первом случае предполагается, что “ленивые” муравьи – это своеобразные “пенсионеры” муравейника, состарившиеся муравьи, неспособные к активной трудовой деятельности. Второе объяснение еще проще: это муравьи, которые почему-то не хотят работать. Так как других, более убедительных объяснений нет, считаю, что имею право на еще одно предположение.

Для любой распределенной системы обработки информации – а супермозг является разновидностью такой системы – одна из основных проблем – обеспечение надежности. Для супермозга эта задача жизненно важна. Основу системы обработки информации представляет программное обеспечение, в котором закодированы принятые в системе методы анализа данных и принятия решений, что справедливо и для супермозга. Наверняка его программы сильно отличаются от программ, написанных для современных вычислительных систем. Но в том или ином виде они должны существовать, и именно они ответственны за результаты работы супермозга, т.е. в конечном счете за выживание популяции.

Но, как уже говорилось выше, программы и данные, которые ими обрабатываются, не хранятся в одном месте, а разбиты на множество сегментов, расположенных в отдельных муравьях. И даже при очень большой надежности работы каждого элемента супермозга результирующая надежность системы получается невысокой. Так, например, пусть надежность работы каждого элемента (сегмента) равна 0,9999, т.е. сбой в его работе возникает в среднем один раз на 10 тысяч обращений. Но если вычислить суммарную надежность системы, состоящей, скажем, из 60 тысяч таких сегментов, то она оказывается меньше 0,0025, т.е. уменьшается примерно в 400 раз по сравнению с надежностью отдельного элемента!

Разработаны и используются в современной технике различные способы повышения надежности больших систем. Например, резко повышает надежность дублирование элементов. Так, если при той же, что и в приведенном примере, надежности элемента его дублировать, то общее количество элементов возрастет вдвое, но зато суммарная надежность системы возрастет и станет практически равной надежности отдельного элемента.

Если вернуться к муравьиной семье, то нужно сказать, что надежность функционирования каждого сегмента супермозга значительно ниже приведенных величин, хотя бы из-за малого срока жизни и большой вероятности гибели носителей этих сегментов – отдельных муравьев. Поэтому многократное дублирование сегментов супермозга является обязательным условием его нормального функционирования. Но кроме дублирования есть и другие способы повышения суммарной надежности системы.

Дело в том, что система в целом не одинаково реагирует на сбои в разных ее элементах. Есть сбои, которые фатально сказываются на работе системы: например, когда неправильно срабатывает программа, обеспечивающая нужный порядок обработки информации, или когда из-за сбоя теряются уникальные данные. Но если сбой происходит в сегменте, результаты работы которого можно каким-либо способом исправить, то эта неполадка приводит только к некоторой задержке в получении результата. Кстати сказать, в реальных условиях большинство результатов, получаемых супермозгом, относится именно к этой группе и лишь в редких случаях сбои приводят к тяжелым последствиям. Поэтому надежность системы можно увеличить еще и повышением, так сказать, “физической надежности” сегментов, в которых располагаются особо важные и невосстанавливаемые программы и данные.

Исходя из сказанного, можно предположить, что именно “ленивые” муравьи являются носителями специализированных, особо важных сегментов распределенного мозга. Эти сегменты могут иметь различное назначение, например выполнять функции поддержания целостности мозга при гибели отдельных муравьев, собирать и обрабатывать информацию с сегментов нижнего уровня, обеспечивать правильную последовательность выполнения задач супермозга и т. п. Освобождение от трудовой деятельности обеспечивает “ленивым” муравьям повышенную безопасность и надежность существования.

Такое предположение о роли “ленивых” муравьев подтверждается экспериментом, проведенным в Стэнфордской лаборатории известного физика, лауреата Нобелевской премии И. Пригожина, который занимался проблемами самоорганизации и коллективной деятельности. В этом эксперименте муравьиную семью разделили на две части: в одну вошли только “ленивые” муравьи, а в другую – “работники”. Через некоторое время выяснилось, что “трудовой профиль” каждой новой семьи повторяет “трудовой профиль” исходной семьи. Оказалось, что в семье “ленивых” муравьев только каждый пятый остался “ленивым”, а остальные активно включились в трудовую деятельность. В семье же “работников” та же пятая часть стала “ленивыми”, а остальные остались “работниками”.

Результаты этого изящного эксперимента легко объяснить с точки зрения гипотезы распределенного мозга. По-видимому, в каждой семье часть ее членов делегируется для хранения особо важных сегментов распределенного мозга. Вероятно, по структуре и строению нервной системы “ленивые” муравьи не отличаются от “работников” – просто в какой-то момент в них загружаются нужные сегменты. Именно это и произошло с новыми семьями в описанном выше эксперименте: центральный мозг выполнил нечто похожее на загрузку нового программного обеспечения, и этим было закончено оформление муравьиных семей.

Уже сегодня можно строить достаточно правдоподобные гипотезы о структуре распределенного мозга, топологии сети, объединяющей его сегменты, и о базовых принципах резервирования внутри нее. Но главное не в этом. Главное в том, что концепция распределенного мозга позволяет непротиворечиво объяснить основную загадку муравейника: где и как хранится и используется управляющая информация, определяющая сверхсложную жизнь муравьиной семьи.

Доктор технических наук В. ЛУГОВСКОЙ., журнал “Наука и жизнь” №3, 2007 год