Энтомологи исследовали живые муравьиные плоты

Американские учёные всесторонне изучили способность огненных муравьёв образовывать живые плоты, которые могут дрейфовать на поверхности воды месяцами. Выживать в непростых условиях насекомых «обучили» влажные леса. Отчасти благодаря этому умению оккупанты распространились по всему миру.

В нечеловеческих опытах пострадали не только муравьи, но и люди. Укус огненного мураша довольно болезненный: эффект похож на ожог. Отсюда и название кусачих насекомых (фото David Hu, Nathan J. Mlot).

Казалось бы, тысячи муравьёв просто обязаны утонуть под тяжестью своего суммарного веса. Однако этого не происходит, и биологи из года в год наблюдают, как порою целые колонии мурашей передвигаются по затопленным территориям и сплавляются вниз по рекам родной Южной Америки. Исследователи из технологического института Джорджии выяснили, как им это удаётся.

В серии экспериментов энтомологи бросали в воду кучки муравьёв и смотрели, сколько особей создают плот, как он изменяется во времени, измеряли скорость передвижения кусачих насекомых по головам сородичей, замораживали плоты в жидком азоте, чтобы тщательно изучить, какие структуры образуют мураши.

Экзоскелет мурашей является гидрофобным, попросту говоря, не намокает при соприкосновении с водой. Отдельный муравей не тонет в воде за счёт подъёмной силы пузырька, который образуется на волосках туловища насекомого, и поверхностного натяжения жидкости.

Чтобы лучше изучить этот процесс, учёным пришлось привязывать мурашей к ниткам, погружать в воду и подвешивать груз (фото Ant Laboratory/Georgia Institute of Technology).

Попадая в воду, муравьи быстро рассредоточиваются по поверхности, крепко зацепляясь друга за друга. Образуется нечто вроде плотно сплетённого блина. Получается самосборка в макромасштабе. При этом те насекомые, что частично опускаются под воду, не тонут (они также могут дышать воздухом из пузырьков).

Потопить живой плот, порой состоящий из тысяч насекомых, не так-то просто. Поэтому на нём мураши часто спасают свой выводок и королев. Внизу справа: захват двух мурашей, отснятый сканирующим электронным микроскопом (фото Mlot et al./PNAS Early Edition, T. Nowack).

В другом опыте учёные приклеили одного муравья к стеклянной подложке, вокруг талии другого обвязали нить и дали насекомым уцепиться друг за друга, а затем потянули их в разные стороны, чтобы измерить силу сцепления. Оказалось, что передние лапки и мандибулы огненных мурашей выдерживают вес, превышающий их собственный в 400 раз.

Под названием «огненные муравьи» объединяются несколько видов мурашей. Эти насекомые единственные среди своих сородичей в ходе эволюции научились формировать живые плоты. Впрочем, некоторые другие виды могут похвастаться умением создавать из своих тел подобия башен и мостов (фото David Hu, Nathan J. Mlot).

В статье, опубликованной в PNAS, американские инженеры рассказывают о создании моделей живых плотов. Эти компьютерные расчеты могут пригодиться при создании новых водоотталкивающих материалов и самостоятельно восстанавливающихся спасательных плотов, а также самосборных автономных роботов, полагают учёные.

Кстати, если вам вдруг понадобится потопить такую «флотилию», просто долейте в воду мыльный раствор, советуют биологи. Это приведёт к изменению поверхностного натяжения и, как следствие, живой плот пойдёт ко дну в течение нескольких секунд.

Исследователи также обнаружили, что группы муравьёв могут вести себя не только как макроорганизм, но и как жидкость, например, перетекать из одного сосуда в другой. Плотность такой «жидкости» — как у воды, а поверхностное натяжение выше в десять раз, вязкость же больше во все 10 миллионов раз (фото Ant Laboratory, Georgia Institute of Technology).