Биологи раскрыли секрет слаженной работы термитов при строительстве гнезд

Международная группа ученых проследила за работой популяции термитов по строительству сложных и тщательно продуманных жилищ. Исследователи раскрыли уникальный механизм, благодаря которому тысячам насекомых удается координировать свои действия и сообща создавать многометровые термитники.

Гнезда, которые термиты строят из песка, глины, собственной слюны и прочих естественных материалов, могут достигать нескольких метров в высоту. Они имеют длинные и запутанные, но крайне продуманные ходы и галереи, которые обеспечивают эффективную связь и вентиляцию внутренней части жилища. Однако принцип, по которому тысячам насекомых удается слаженно, песчинка за песчинкой, отстраивать термитники, остается загадкой для энтомологов.

В случае с муравьями, по образу жизни и гнездам во многом похожих на термитов, ученые уже хорошо изучили принцип строительства их сложных жилищ. Эти насекомые пропитывают строительный материал специальным химическим веществом — феромоном, который привлекает других муравьев и сообщает им, где необходимо продолжить строительство. Таким образом, действие одного рабочего муравья запускает активность других насекомых, а сигнал к строительству довольно быстро распространяется по всей колонии.

Международная команда исследователей на этот раз попыталась проследить за слаженной работой популяции термитов Coptotermes gestroi родом из Южной Азии, но распространившихся на Восточном побережье США. Для этого ученые создали искусственные арены с глиняными конструкциями разной высоты и формы, а также равномерно разбросанными гранулами — будущими кирпичиками термитника. Свои наблюдения и выводы авторы представили в статье, опубликованной в журнале eLife.

Если бы термиты, как и муравьи, при строительстве полагались на разметку химическими веществами, то для них не было бы разницы, где складывать заранее подготовленные глиняные гранулы, поскольку на искусственных аренах изначально не было никаких феромонов. Однако, если на ровной площадке исследователи предварительно создавали небольшие выступы-столбы, то термиты собирали гранулы по всей арене и крепили их к уже существующим неровностям.

Термиты Coptotermes gestroi на экспериментальной глиняной арене. На видео можно также заметить красный луч, используемый 3D-сканером для количественной оценки хода строительства / © Giulio Facchini

Может показаться, что термиты способны оценивать высоту уже готовых конструкций и начинать работу с них. Но это было не так: используя столбики разной высоты и размера на одной арене, ученые показали, что насекомые с одинаковой вероятностью крепят к ним найденные строительные блоки. Следующей гипотезой стала способность термитов чувствовать кривизну готового строительного фундамента.

Как показало предварительное компьютерное моделирование, если добавлять гранулы в места с наибольшим показателем кривизны, то этого достаточно для создания сложных структур, напоминающих термитники. И действительно, когда термитам на арене предлагали разные искусственные конструкции, они всегда предпочитали строить в местах с максимальной кривизной поверхности. Причем, если это были глиняные столбы, то насекомых привлекали именно их верхние окончания, а если это были стены — два верхних острых угла, где кривизна достигает максимума.

Верхний ряд: снимки строительного эксперимента с подсказкой «столбы» ( A ) и подсказкой «стена» ( B ). Нижний ряд: снимки экспериментов в химическом саду (после пропитки глины содой), при размещении подсказки «столбы» ( C ) и подсказки «стена» ( D ) / © Giulio Facchini et al, eLife (2024)

Авторы исследования предположили, что наблюдаемая чувствительность к кривизне поверхности на самом деле обусловлена сильной чувствительностью термитов к влажности. Это выражается не только тем, что из-за тонкого экзоскелета и мягкой кутикулы длительное пребывание термитов в месте с влажностью менее 70 процентов может быть для них смертельным. Но также, видимо, их способностью чувствовать локальные градиенты влажности и подстраивать под них свое поведение.

Ученые проверили эту гипотезу, подготовив новую арену со специальной глиной, пропитанной раствором гидрокарбоната натрия (пищевая сода). По мере того как вода испарялась, кристаллы соли проявлялись и росли на глине, отмечая области наибольшего испарения, а значит, и влажности. И каждый раз, в каждом эксперименте, именно в этом месте термиты начинали строить гнездо.

«Мы показали, что сложность гнезда возникает из одного простого механизма: термитам лишь нужно добавлять гранулы глины в зависимости от локальной влажности. Но строительные блоки, которые они добавляют, в свою очередь, меняют всю картину испарения и влажности, побуждая других термитов строить уже в новом месте и так далее, пока не будут созданы крайне сложные многометровые конструкции. Что нас по-настоящему удивило, так это то, что термиты используют столь простой механизм для решения очень сложной задачи», — подытожили авторы исследования.