Веления ритма и запаха

Самые свежие результаты и открытия Деборы Гордон, посвятившей двадцать лет исследованию жизни муравьиных колоний в пустыне Аризоны

В 1999 году вышла примечательная книга «Муравьи за работой. Как организована колония насекомых», написанная Деборой Гордон (Deborah Gordon), профессором биологии Стэнфордского университета.

Среди биологических работ, наиболее часто упоминаемых в трудах компьютерных ученых, эта книга занимает сейчас одно из первых мест, чему, разумеется, есть веские причины. Начав более двадцати лет тому назад изучать муравьиные колонии в пустыне Аризоны, Гордон (на фото) на самом деле интересовалась вовсе не муравьями. Исследовательница надеялась с помощью этих насекомых отыскать ответ на важнейший вопрос, волнующий специалистов в самых разных областях знаний: как устроены сложные природные системы? Иными словами, системы, в которых отдельные элементы не знают, что происходит в целом; где нет центрального управляющего звена и надзирающих за исполнением структур, но в которых все довольно простые по отдельности элементы каким-то непостижимым образом работают совместно и делают нечто весьма сложное. На примере муравьиных колоний Гордон хотела подступиться к более важным для нее загадкам — в частности, как работает мозг и формируется эмбрион. Однако мир муравьев оказался столь захватывающим, что изучение этих насекомых продолжается и по сию пору: самые свежие результаты и открытия Деборы Гордон опубликованы в первом майском номере журнала «Nature».

Ученым давно известно, что колонии муравьев-жнецов состоят из особей трех основных «классов». Самые молодые заняты обустройством гнезда; те, что постарше, переходят в ранг «патрульных» и занимаются поисками пищи; еще более взрослые муравьи становятся «фуражирами», доставляющими обнаруженную патрулем пищу в муравейник. Но каким образом патрульные оповещают фуражиров о находках и что направляет тех в нужное место за едой? С помощью весьма сложного оборудования и нескольких хитрых уловок исследователям, похоже, удалось хотя бы отчасти разрешить эту загадку.

Важнейшую роль здесь играют источаемые муравьями запахи. Колонии насекомых были изучены с помощью методов газовой хроматографии, которая показала, что поверхность тел муравьев покрыта углеводородами 25 разновидностей, каждая из которых имеет собственный запах. И тончайшие изменения в концентрации этих веществ вызывают существенные перемены в поведении муравьев. В частности, патрульные всегда пахнут иначе, нежели фуражиры, что позволяет муравьям отличать друг друга «по рангу».

Довольно хитроумным способом ученым удалось установить, что экспедиция фуражиров за провиантом является следствием не просто возвращения патрульных (то есть усиления «патрульного» запаха), а определенного ритма этих возвращений. Биологи покрывали крошечные стеклянные бусинки слоем особого «патрульного» углеводорода, перехватывали возвращающихся в гнездо патрулей, а вместо них опускали в гнездо бусинки. Фуражиры ощупывали каждый новоприбывший шарик усиками, однако далее ничего не происходило, если в прибытиях не было определенной закономерности. Если же бусины опускались с интервалом в 10 секунд, то фуражиры переходили в «режим доставки» и отправлялись за едой. Ничего подобного не случалось, если бусины пахли, как сами фуражиры или как молодняк, работающий внутри муравейника.

Насколько универсальны эти методы управления, пока неизвестно, — из десяти тысяч видов муравьев хорошо изучены лишь пять десятков. Тем не менее дальнейшее изучение запахов и ритмов ученые считают весьма перспективным направлением исследований.