Вчені відкривають секрет того, як терміти будують свої гігантські гнізда

Нове дослідження показує, що вологість допомагає комахам керувати їхніми завданнями. Термітів часто називають архітекторами природи. Їхні гнізда, які можуть височіти на кілька метрів, мають складні та продумані конструкції, галереї, які забезпечують ефективний зв’язок і автоматично вентилюють внутрішній простір гнізда так, що люди-інженери можуть позаздрити. Як тисячі чи мільйони комах можуть координувати свою роботу, щоб будувати міцні та функціональні гнізда для колонії?

Нове дослідження, яке координує Андреа Перна, професор складних систем у Школі передових досліджень IMT Лукка, і опубліковане в журналі eLife, тепер визначило унікальний механізм, який використовують терміти для виконання таких надзвичайних завдань.

Для проведення свого лабораторного експерименту на термітах виду Coptotermes gestroi (родом з Південної Азії, але який поширився на східне узбережжя Сполучених Штатів) дослідники створили невеликі арени зі штучними спорудами різної висоти та форми за допомогою вологої глини.

Потім вони зібрали невеликі популяції термітів із більшої колонії та кількісно визначили їх поведінку при будівництві у відповідь на ці структури шляхом відеоспостереження за активністю всіх термітів у популяції, одночасно характеризуючи зміни в 3D-структурі. Таким чином можна було перевірити різні гіпотези, щоб виявити механізм координації, який використовується для будівництва гнізд.

Порівняльні ідеї та експерименти

У випадку мурах, які, окрім термітів, є іншою основною групою комах, здатних, наприклад, будувати великі та складні споруди, вважається, що мурахи просочують будівельний матеріал феромоном, хімічною речовиною, яка приваблює інших мурах до будівельного майданчика і «повідає їм», де будувати. Таким чином, дія однієї робочої мурахи запускає активність інших мурах у процесі самопосилення.

Якщо терміти, як і мурахи, також покладаються на феромони, щоб керувати своєю будівельною діяльністю, то вони не повинні віддавати перевагу відкладенню своїх гранул будівельного матеріалу в якомусь конкретному місці, тому що на штучних аренах, підготовлених термітами, не було жодних феромонів. експериментатори. Але це було не так: у той час, як збори гранул відбувалися скрізь на арені, усі відкладення були локалізовані у верхній частині вже існуючих структур. Можливо, вони могли б оцінити висоту невеликих стовпів і неоднорідностей у землі, і таким чином вони б продовжували додавати будівельний матеріал поверх уже існуючих структур. Але це також було не так: фактично терміти відкладали свої будівельні гранули з однаковою ймовірністю як на коротких, так і на високих стовпах.

Інша гіпотеза полягала в тому, що терміти могли відчувати кривизну будівельного субстрату, оскільки деякі попередні моделювання показали, що постійного додавання гранул у місцях найбільшої кривизни достатньо для створення дуже складних структур, які нагадують гнізда термітників деяких видів. «Під час нашого моделювання ми помітили, що невеликі неоднорідності поверхні мають вищу кривизну, ніж плоска навколишня підкладка, і тому вони розширюються, утворюючи стовп, загострені кінці стовпів, своєю чергою, притягують подальші відкладення будівельного матеріалу та продовжують рости. поки вони не розділяться або не зливаються з іншим стовпом і так далі; За допомогою цього простого правила можна сформувати дуже складні структури», — говорить Джуліо Факкіні, перший автор дослідження та науковий співробітник Інституту Matière et Systèmes Complexes CNRS у Парижі, Франція.

Насправді коли терміти стикалися зі штучними подразниками, наданими в експериментах, вони завжди віддавали перевагу будівництву в місцях найбільшої кривизни, додаючи гранули у верхній частині стовпів (незалежно від їх висоти), а коли невеликий подразник стіни було передбачено, вони найчастіше продовжували додавати гранули у двох кутах стіни, у двох точках, де кривизна досягає максимуму.

Розуміння сенсорних можливостей термітів

Проблема полягає в тому, як терміти могли так надійно відчувати кривизну споруд, які вони будували? Дослідники мали підказку, що випаровування води та вологість могли бути пов’язані з цим. «Терміти дуже чутливі до концентрації вологості: на відміну від більшості інших комах, вони мають тонкий зовнішній скелет і м’яку шкіру, а це означає, що навіть тривалий вплив рівня вологості нижче 70 відсотків може бути для них смертельним», — пояснює Перна. «Не дивно, що вони можуть відчувати ці градієнти вологості та реагувати на них своєю поведінкою».

Але як це довести? «Ми знайшли рішення, яке було описано як «дуже геніальне низькотехнологічне рішення»: один з анонімних рецензентів журналу eLife : ми підготували експериментальні арени, ідентичні тим, що використовувалися для термітів, але цього разу просочивши глину сольовим розчином. гідрокарбонату натрію. Коли вода з сольового розчину випаровувалася, вона залишала крихітні кристали солі, зростання яких позначало області найбільшого випаровування: це були кінчики стовпів, кути стін: точно ті самі області, які терміти вибрали для своїх будівельна діяльність!» пояснює Факіні.

«Нас справді здивувало виявлення того, що терміти використовують таке просте рішення дуже складної проблеми», — коментує Перна. «У наших експериментах складність гнізда виникає лише через один простий механізм: термітам потрібно лише додавати гранули матеріалу залежно від місцевої вологості, але гранули, які вони додають своєю чергою, змінюють усю схему випаровування та вологості, спонукаючи інших термітів будувати в іншому місці і так далі, поки не будуть створені дуже складні структури».