Скорость муравья за секунду. Главный отличительный признак

20.02.2019

О жизни этих насекомых еще до недавнего времени было известно не так уж и много. В древности муравьи в некоторых странах служили объектом поклонения, и неслучайно: эти существа - одни из самых старых видов насекомых, существующих на Земле. При раскопках были найдены окаменелости этих членистоногих, датируемые возрастом более ста миллионов лет! А сегодня ученые, изучающие мир насекомых, доподлинно знают и все стадии развития муравья, и продолжительность жизни различных особей, и строгую иерархию, существующую внутри муравейника. И по-прежнему не перестают удивляться.

Полное превращение

В муравейнике жизнь бурлит и постоянно обновляется. Как и всякое насекомое, этот в своей жизни проходит сквозь череду превращений. Причем этапы его жизни значительно отличаются функционально и внешне. Известны четыре стадии развития муравья:

яйцо;
личинка;
куколка;
взрослая особь (имаго).

То есть все относятся к насекомым с полным циклом превращения, который называется голометаболией. Как правило, у большинства видов весь процесс развития занимает около месяца.

Стадия развития муравья: яйцо, личинка

Жизнь всякого насекомого начинается с яйца. На этой стадии развития муравья самка (матка) откладывает яйца. Они мелкие (длина примерно до миллиметра), овальной формы, желтоватые или белесых оттенков. За ними осуществляют уход рабочие муравьи: сортируют расплод, находят оптимальные условия для того, чтобы из яиц могли развиться личинки. Обычно яйца сохраняются не поодиночке, а целыми небольшими пакетами. Так длится инкубационный период.

По его окончании из яиц выходят на свет червеобразные личинки, не слишком похожие на взрослых особей. Вначале личинки также могут располагаться совместно, пакетами. После более взрослые - уже по отдельности. На этом муравья (фото - внизу) происходит усиленное питание будущего членистоногого. Кормят личинок опять же рабочие муравьи, обильно и вовремя доставляя пищу. Характерно, что в течение всего этапа личинка не выделяет экскрементов, а дефекация происходит только при окукливании.

Куколка

Стадии развития муравья: яйцо, личинка, взрослое насекомое. Но между вторым и последним этапом существует еще и стадия куколки (у некоторых насекомых она отсутствует - это называется Личинка, перестающая осуществлять питание, выделяет фекалии (меконий), плетет кокон. Кстати, известны подсемейства данных насекомых, в которых личинки коконов не плетут.

Взрослая особь

Взрослый муравей (имаго) выходит из кокона в финале своего развития. Ученым стало известно, что молодую особь вытягивают из оболочки сородичи - рабочие муравьи, так как вскрывать кокон она самостоятельно не может. В начале пути взрослый муравей имеет более светлый окрас, а через несколько дней уже приобретает цвет тела, неотличимый от остальных. С тех пор рабочий муравей не растет, а питается в основном углеводистой пищей. Так завершаются стадии развития муравья.

Иерархия

В любом муравейнике присутствуют три категории насекомых: матка, самцы-трутни и рабочие муравьи. Самцы появляются из яиц, не подвергшихся оплодотворению. Их главная роль - участие в размножении и оплодотворении. Для брачного полета им необходимы крылья. Они отличаются от рабочих муравьев размерами тела.

Рабочие муравьи - основа силы муравейника. На них лежат все хозяйственные обязанности колонии.

Матка в сравнении с рабочим муравьем - сущая громадина. Она вначале имеет крылья, а затем, после брачного полета и оплодотворения, их откусывает, становясь «нелетной». Вся дальнейшая ее жизнь посвящена кладке яиц и продолжению рода. «Муравьиные королевы» (матки) при благоприятных условиях могут прожить до 5 лет (у некоторых видов и дольше). Тогда как рабочий муравей живет всего несколько месяцев (у некоторых видов - несколько лет). Трутни-самцы живут меньше: спарившись, погибают, или их уничтожают другие муравьи-сородичи.

Тема в школе

При проработке темы «Стадии развития муравья» (окр. мир, ср. школа) следует обратить внимание на то, что в жизни муравья существуют 4 периода (а не три, как у некоторых других насекомых). О каждом из них рассказываем подробнее, используя фотографии и слайды. Можно подобрать и видеоролик о жизни в муравейнике.

Несколько интересных фактов

Некоторые из видов этих членистоногих могут находиться под водой без доступа воздуха в течение 4 суток, как бы в законсервированном состоянии. Извлеченные из жидкости, они снова оживают и продолжают свое существование.
Ноги муравья (их 6, а на каждой - 3 сустава) очень сильные. Они как бы предназначены природой для тяжелой работы и перемещения грузов. Кстати, если бы данное насекомое было ростом с людей, то оно пропорционально физическим данным могло бы бежать со скоростью до 60 километров в час и поднимать грузы в полторы тонны!
Муравьи, по мнению некоторых исследователей, обладают коллективным разумом, а общее количество их мозговых клеток (для отдельно взятого муравейника) сопоставимо с количеством таких же клеток у человека.

Как размножаются муравьи, интересно не только обычным людям, но и ученым. Многочисленная колония насекомых вызывает восторг и приводит в ужас. В дикой природе насекомые строят муравейники, в деревьях, домах – гнезда. Развитие муравья проходит полный цикл превращения. Весь процесс занимает около месяца.

Семейство насекомых

Развитие

Стадии развития имеют полный цикл – яйцо, личинка, куколка, взрослая особь. Когда откладывают яйца муравьи, зависит от погодных условий. Обычно это происходит с наступлением стойкого тепла – в мае. Возможен второй брачный период в июне.

Яйца муравьев королева способна отложить до нескольких сотен. Для них отводятся специальные камеры. Там же содержатся личинки. Помогают поддерживать оптимальные условия в муравейнике рабочие особи.
Приблизительно через неделю из яиц вылупляются личинки муравьев. Помогают появиться на свет взрослые особи, прогрызая скорлупу. Личинки после вылупления имеют форму червячков белого цвета, чрезвычайно прожорливы. Поедают большое количество растительной, животной пищи. Вместе с растениями, семенами, рабочие муравьи таскают личинкам тлю, падаль, червей.
Стремительное развитие личинок длится около 2 недель. После чего червячок перестает питаться, превращается в куколку. Некоторые разновидности личинок плетут кокон. Спустя несколько дней муравей выходит из куколки в виде полноценного насекомого, но белого цвета. Под влиянием света покров твердеет, темнеет, появляются муравьи привычного черного, рыжего цвета.

Весь цикл развития от яйца до взрослой особи длится около месяца. Замедлить процесс могут неблагоприятные климатические условия. Насекомые быстро размножаются, имеют четкую иерархию, живут огромными колониями,

Ученые доказали, что муравьи считают свои шаги July 6th, 2015

Вот что я вычитал в одной научной статье: чтобы доказать, что муравьи считают свои шаги, ученые выбрали несколько особей из цепочки и прикрепили к их лапкам миниатюрные ходули, другим муравьям укоротили лапки. Поскольку некоторым муравьям приходилось делать более широкие шаги, а другим более мелкие, они проходили или не доходили до пищи и недоумевали, не найдя ее сделав нужное количество шагов

Даже не знаю, что из этого меня удивляет больше:

Что ученые тратят бюджетные деньги и свое время, чтобы узнать считают ли муравьи свои шаги;

Что возникла мысль приделать муравьям ходули;

Что возникла мысль отрезать муравьям ноги;

Недоумевающие муравьи;

Но давайте все же узнаем про этот эксперимент подробнее …

Швейцарские и немецкие энтомологи установили, что обитающий в пустыне Сахара муравей Cataglyphis fortis измеряет пройденное расстояние шагами. Чтобы доказать это, ученые изменяли насекомым длину ног. Муравьи «на ходулях» недооценивали пройденное расстояние, а муравьи «на культях» считали, что прошли больше, чем на самом деле. Точное определение пройденного расстояния, наряду с «внутренним компасом», необходимо муравьям для вычисления прямого курса при возвращении в гнездо после долгих странствий по лишенной ориентиров пустыне.

«Человек вышел из точки А и прошел 3 км на север, потом повернул на 35° влево, прошел еще 2 км и пришел в точку Б. В какую сторону ему следует идти, чтобы по прямой вернуться в точку А? »

Даже люди с высшим образованием испытывают большие затруднения при решении подобных задач, особенно если под рукой нет калькулятора (если и вспомните формулу - лично я ее не помню - ни за что не вспомните нужные синусы-косинусы). Многие общественные насекомые, однако, решают такие задачи с удивительной точностью, безошибочно возвращаясь в гнездо кратчайшим маршрутом после долгих странствий с множеством поворотов. Причем для этого им даже не нужны ориентиры. Обитающему в пустыне Сахара муравью Cataglyphis fortis на ориентиры рассчитывать вообще не приходится - кругом один песок, а поиски корма в этой безжизненной местности требуют длительных и далеких путешествий.

Для вычисления курса пустынные муравьи используют информацию о длине и направлении каждого пройденного отрезка пути. Направление они определяют по солнцу, как и многие другие животные. Между прочим, для этого нужно иметь еще и хороший внутренний хронометр, календарь и «встроенные» в мозг таблицы движения солнца по небосклону, поскольку это движение отнюдь не равномерно - около полудня, например, угловая скорость движения солнца намного выше, чем утром и вечером.

Метод, при помощи которого пустынные муравьи определяют пройденное расстояние, до сих пор оставался неизвестным. К ним неприменима «энергетическая гипотеза», согласно которой животные могут определять пройденное расстояние по затраченным усилиям. Ведь муравьи безошибочно прокладывают курс независимо от того, идут они налегке или с грузом. Не пользуются они и методом «зрительного потока» (optic flow), подобно пчелам, которые оценивают дальность полета по суммарному количеству «мелькания в глазах». Пустынные муравьи не ошибаются в оценке пройденного пути ни в темноте, ни на искусственных абсолютно гладких поверхностях, где не за что зацепиться взгляду, ни даже лишенные возможности видеть.

Манипуляции с длиной ног пустынного муравья: «ходули» (stilts), нормальные ноги (normal) и «культи» (stumps). Рис. из статьи в Science

Еще в 1904 году было высказано предположение, что муравьи меряют расстояние шагами (H. Piéron. 1904. Du rôle du sens musculaire dans l’orientation des fourmis. Bull Inst Gen Psychol 4:168–186), но до сих пор эту гипотезу никто не пытался проверить. Пробел решил восполнить Матиас Витлингер из Ульмского университета и его коллеги - энтомологи из Германии и Швейцарии, уже давно изучающие поведение пустынных муравьев.

В ходе эксперимента одним муравьям ноги обрезали (точно посередине голени), другим удлиняли, приклеивая свиную щетинку.

Муравьев приучили бегать из гнезда к кормушке по прямому желобку длиной 10 м. Возле кормушки муравьев ловили, меняли им длину ног, давали в челюсти кусочек пищи (чтобы было с чем возвращаться в гнездо) и выпускали в другой желобок, ориентированный параллельно исходному. Муравьи немедленно отправлялись в «обратный путь», то есть бежали в сторону предполагаемого гнезда. Пробежав по прямому желобку определенное расстояние, соответствующее, как они полагали, расстоянию от кормушки до гнезда, муравьи вылезали из желобка и начинали бегать туда-сюда в поисках входа в гнездо.

Ученые тщательно замеряли расстояние между той точкой, где муравей был выпущен в желобок, и той, где он переключался с поведенческой программы «бегу домой» на программу «где же вход?». Оказалось, что муравьи, которым не меняли длину ног, начинали искать вход, пройдя в среднем 10,2 м, муравьи на ходулях пробегали 15,3 м, а муравьи на культях - лишь 5,75 м.

После этого муравьев с измененной длиной ног возвращали в гнездо, где они продолжали жить и совершать успешные рейды за пропитанием в течение многих дней, что говорит о том, что совершенные над ними манипуляции не слишком сильно им повредили. Правда, двигались они несколько медленнее «немодифицированных» сородичей. Средняя скорость передвижения нормального рабочего муравья этого вида составляет 0,31 м/с, тогда как особи с укороченными ногами бегали со скоростью 0,14 м/с, с удлиненными - 0,29 м/с.

«Модифицированных» муравьев, поживших какое-то время в гнезде, повторно ловили у кормушки и снова сажали в параллельный желобок, чтобы определить, как они оценивают пройденный путь после того, как добежали от гнезда до кормушки уже на измененных ногах. Если «гипотеза шагомера» верна, теперь они уже не должны были ошибаться. Так и оказалось: муравьи «на ходулях» и муравьи «на культях», как и нормальные муравьи, начинали искать вход в гнездо, пройдя 10 метров и еще чуть-чуть.

Самым сложным для исследователей оказалось измерить длину муравьиного шага. Проблема осложнялась тем, что длина шага зависит от размера насекомого (размеры рабочих муравьев этого вида сильно варьируют), а также от скорости движения: чем быстрее идет муравей, тем шире он шагает. Заснять на скоростное видео весь обратный путь муравья, чтобы просто подсчитать шаги и измерить их среднюю длину, у исследователей не было возможности. Съемка проводилась в небольших экспериментальных установках. В итоге выяснилось, что длина шага нормального муравья составляет в среднем 13,0 мм, «на ходулях» - 14,8 мм, «на культях» - 8,6 мм.

Чтобы окончательно подтвердить «гипотезу шагомера», нужно было убедиться, что в первой серии экспериментов (когда путь к кормушке муравьи проделывали на нормальных ногах, а обратно бежали на измененных) насекомые начинали искать вход в гнездо, пройдя столько же шагов, сколько на пути к кормушке. Для муравьев с укороченными ногами это подтвердилось. А вот для муравьев «на ходулях» - не совсем. Оказалось, что они проходили на обратном пути на 3,0–3,5 м больше, чем следовало, исходя из средней длины их шага.

Причины этого несоответствия ученые намерены выяснить в ходе дальнейших исследований. Пока же они ограничились предположением, что наблюдаемый сбой в работе шагомера может быть вызван нарушением соотношения между длиной шага и скоростью движения у муравьев «на ходулях». Если у муравьев «на культях» снижение скорости оказалось пропорциональным уменьшению длины шага (и то и другое уменьшилось примерно вдвое), то у муравьев «на ходулях» шаг увеличился, а скорость движения, наоборот, снизилась (возможно, из-за веса клея и свиной щетины). Муравьи просто стали медленнее перебирать ногами. Ученые отметили, что если бы скорость движения муравьев «на ходулях» увеличилась настолько же, насколько она уменьшилась у муравьев «на культях», то и длина шага у первых оказалась бы больше (исходя из установленной зависимости длины шага от скорости), и тогда все цифры в их эксперименте замечательно сошлись бы.

В целом эксперимент получился красивый, и «гипотеза шагомера» в итоге получила весомое подтверждение, хотя принцип работы самого «шагомера», по-видимому, все-таки отличается от простого подсчета шагов. Похоже, муравьи принимают в расчет также и скорость перебирания ногами и учитывают при этом, что при ее снижении шаг у них получается короче.

Даже люди с высшим образованием испытывают большие затруднения при решении подобных задач, особенно если под рукой нет калькулятора (если и вспомните формулу — лично я ее не помню — ни за что не вспомните нужные синусы-косинусы). Многие общественные насекомые, однако, решают такие задачи с удивительной точностью, безошибочно возвращаясь в гнездо кратчайшим маршрутом после долгих странствий с множеством поворотов. Причем для этого им даже не нужны ориентиры. Обитающему в пустыне Сахара муравью Cataglyphis fortis на ориентиры рассчитывать вообще не приходится — кругом один песок, а поиски корма в этой безжизненной местности требуют длительных и далеких путешествий.

Для вычисления курса пустынные муравьи используют информацию о длине и направлении каждого пройденного отрезка пути. Направление они определяют по солнцу, как и многие другие животные. Между прочим, для этого нужно иметь еще и хороший внутренний хронометр, календарь и «встроенные» в мозг таблицы движения солнца по небосклону, поскольку это движение отнюдь не равномерно — около полудня, например, угловая скорость движения солнца намного выше, чем утром и вечером.

Еще в 1904 году было высказано предположение, что муравьи меряют расстояние шагами (H. Piéron. 1904. Du rôle du sens musculaire dans l"orientation des fourmis. Bull Inst Gen Psychol 4:168-186), но до сих пор эту гипотезу никто не пытался проверить. Пробел решил восполнить Матиас Витлингер из Ульмского университета и его коллеги — энтомологи из Германии и Швейцарии, уже давно изучающие поведение пустынных муравьев.

Чтобы окончательно подтвердить «гипотезу шагомера», нужно было убедиться, что в первой серии экспериментов (когда путь к кормушке муравьи проделывали на нормальных ногах, а обратно бежали на измененных) насекомые начинали искать вход в гнездо, пройдя столько же шагов, сколько на пути к кормушке. Для муравьев с укороченными ногами это подтвердилось. А вот для муравьев «на ходулях» — не совсем. Оказалось, что они проходили на обратном пути на 3,0-3,5 м больше, чем следовало, исходя из средней длины их шага.