Муравьи — одни из наиболее социально развитых насекомых, но как они общаются между собой? Для поддержания жизни муравейника нужны лидеры-интеллектуалы и слаженная организация. Но проявляют ли муравьи свои индивидуальные способности в координации коллективной работы? Чтобы выяснить роль отдельных особей в направлении групповых действий, ученые из лаборатории поведенческой экологии Института систематики и экологии животных СО РАН исследовали распределение поведенческих черт и когнитивных функций в колониях муравьев в их зависимости от способов организации добывания пищи. Посвященная этому статья вышла в журнале Frontiers in Ecology and Evolution.

 
Говоря о муравьях, мы, как правило, представляем кипящий жизнью муравейник, населенный тысячами усердных тружеников. Науке уже давно известно, что муравьи способны обучаться, проявлять гибкость поведения в сложных ситуациях, их деятельность основана на разделении труда, и при этом они вступают в симбиотические отношения с другими насекомыми. Однако лишь в исследованиях последних лет ученым-мирмекологам удалось обнаружить у муравьев феномен личности, находящийся в тесной взаимосвязи с механизмами их самоорганизации. В этологии — науке о поведении животных — понятие «личности» (personality) существенно отличается от термина, применяющегося к людям, и обозначает сохранение у индивидуумов в разных обстоятельствах устойчивого сочетания разных поведенческих свойств, таких как уровень агрессивности, исследовательская активность, подвижность, смелость или робость, память, способности к обучению.

 
В мире известно более 14 000 видов муравьев, а их общий вес составляет пятую часть всей биомассы Земли. При этом размножением занимается лишь малый процент муравьиного сообщества. Превалирующее большинство составляют рабочие особи, которые распределены по разным кастам и субкастам. В зависимости от этапов и темпов роста колонии усложняется и общественная организация, что требует решения новых задач. Среди них — выбор стратегий группового взаимодействия и кооперации, а также регуляция количественного состава каст и субкаст.
«Мы исследовали разные виды муравьев для разных целей, —  рассказывает заведующая лабораторией ИСиЭЖ СО РАН профессор Новосибирского государственного университета, доктор биологических наук Жанна Ильинична Резникова. — Для изучения “личностных” характеристик мы выбрали виды, во-первых, обладающие сложной социальной системой, а это характерно для видов с численностью семей не менее миллиона особей. Во-вторых, у выбранных нами видов члены касты рабочих все примерно одинаковые, среди них нет разделения на субкасты — скажем, солдат с их огромными головами и челюстями, микроскопических нянек и средних по размеру фуражиров. К таким видам, у которых разделение функций в многочисленной и сложно устроенной семье основано только на поведенческих, а не на морфологических характеристиках, относятся хорошо всем знакомые рыжие лесные муравьи. Их большие — иногда в рост человека — муравейники из хвои и веточек мы часто видим в лесу. Наши многолетние эксперименты в соавторстве с известным специалистом в области теории информации профессором Борисом Яковлевичем Рябко, выявили у этих видов систему коммуникации, превосходящую своей сложностью и эффективностью всем известный язык танцев медоносных пчел. По нашему мнению, эта система основана на когнитивной специализации рыжих лесных муравьев, которая опирается на их “личностные” характеристики».
В большинстве поведенческих исследований общественных насекомых объектом изучения служат колонии, функционирующие как единый организм, каждый член которого работает на благо коллектива. При таком подходе анализируется усредненная реакция группы, например в случае угрозы нападения или резкого изменения среды, либо исследовательская активность при поиске пищи или новых территорий. «Личностные качества» общественных насекомых ранее рассматривались на уровне семьи как единого целого, а не ее конкретных членов.

 
Сотрудники ИСиЭЖ СО РАН впервые изучили когнитивные способности и особенности поведения отдельных особей, от которых, как оказалось, зависит профессиональное разделение на разведчиков, фуражиров, пастухов, охранников.

 
«Именно особенности организации социума рыжих лесных муравьев, связанные с распределением ролей в семье, давно привлекли наше внимание, — рассказывает Жанна Резникова. — Открыв у муравьев “профессии”, мы с сотрудниками ИСиЭЖ СО РАН — доктором биологических наук Татьяной Александровной Новгородовой и кандидатом биологических наук Иваном Константиновичем Яковлевым — задались вопросом: профессия выбирает муравья или муравей выбирает профессию? Как выяснилось, скорее, выбирает профессия, причем специализация закрепляется на всю жизнь. Есть набор качеств, которые проявляются уже в юном возрасте: агрессивность, интеллект, предприимчивость, скорость реакций, умение взаимодействовать с сородичами и чужими. Сочетание этих особенностей складывается в определенные “личностные типы”. В зависимости от них муравей получает свою профессию».

 
Определить личностные особенности рыжих лесных муравьев помогла серия лабораторных тестов. Об уровне агрессии говорила разная реакция во время встреч с жужелицами — конкурентами и врагами муравьев. Исследовательская деятельность измерялась количественной оценкой времени, затраченного муравьями на взаимодействие с пластиковыми моделями, имитирующими элементы естественной среды: камни, стволы деревьев, стебли травы. Пространственная ориентация оценивалась, исходя из способности запоминать последовательность поворотов в лабиринте бинарного дерева.
«Охранниками становятся те особи, которые уже в раннем возрасте проявляют агрессивность и без колебаний бросаются защищать общие ресурсы, — добавляет Жанна Резникова. — Наши недавние эксперименты выяснили, что пастухи обладают лучшей памятью и способностями к обучению, чем охотники. А интеллектуальной элитой, составляющей около 1 % муравейника, являются разведчики. Изучив “личностные” свойства представителей разных профессий совместно с сотрудницей Научно-исследовательского института физико-химической биологии им. А. Н. Белозерского Московского государственного университета им. М. В. Ломоносова кандидатом биологических наук Натальей Вадимовной Ацаркиной и кандидатом биологических наук Иваном Константиновичем Яковлевым, мы получили вот такой психологический портрет разведчика: он очень умен, в меру храбр, но осторожен, и при опасности никогда не жертвует собой. У них высока исследовательская активность, и они часто переключаются с одного объекта на другой».
Муравьи постоянно обмениваются жизненно важной для всего сообщества информацией о найденных источниках пищи. После того как разведчик обнаружил пищу, он должен тем или иным способом сообщить фуражирам данные о ее расположении. Исследователи выделяют несколько основных типов мобилизации на источник пищи. У огромного количества видов муравей-разведчик, обнаружив еду, оставляет на пути к гнезду пахучий след, по которому затем ориентируются фуражиры.

 
«В этой системе массового рекрутирования все рабочие хотя и различаются по своим «личностным» качествам (например, сочетание смелости, подвижности, исследовательской активности), но каждый может поучаствовать в фуражировке и как разведчик, и как мобилизуемый, — объясняет Жанна Резникова. — У некоторых видов привлечение к пище основано на парном взаимодействии разведчиков и фуражиров: в таком тандеме муравей, найдя пищу, быстро приводит к ней еще одного. Значительно меньшее число видов обладает групповой системой мобилизации, опирающейся на взаимодействие лидеров и небольших временных коллективов, создающихся для решения возникающей задачи: например, расчленить и утащить крупное насекомое. У них и сигналы более разнообразны: и воинственные танцы, и прямые похлопывания-подталкивания сородичей, и следовые феромоны. Свойствами лидеров обладают уже не все особи, а лишь имеющие склонность к такой деятельности. Но роль лидеров непостоянна. Возникнет другая задача, и решать ее будет новый временный коллектив. И, наконец, система, основанная на действиях интеллектуальной элиты — лидеров-разведчиков.  У них разведчики работают на постоянной основе, большую часть своей жизни, взаимодействуют с постоянными по составу рабочими группами фуражиров и передают им точную информацию о координатах цели. Об эффективности сложной системы коммуникации и когнитивной специализации в семьях высокосоциальных видов (например, рыжих лесных муравьев) говорит биологический прогресс этой группы настоящих формик (Formica s.str): они распространены по всей бореальной зоне и являются одной из самых многочисленных групп наземных насекомых».​

 
В ряде экспериментальных исследований была выявлена взаимосвязь между профессиями, поведенческими особенностями и когнитивными способностями рыжих лесных муравьев. Разведчик, помещенный в лабиринт с пищей, возвращался в гнездо и передавал данные своего маршрута небольшой группе фуражиров. Состав групп оставался постоянным, с периодом от нескольких дней до нескольких недель, при этом везде продолжал активно работать один и тот же разведчик. Оказалось, что обязанности разведчиков и фуражиров четко распределены, в зависимости от их «личностных» особенностей.
«Наши многолетние эксперименты в соавторстве с Б. Я. Рябко показали, что у рыжих лесных муравьев, использующих систему “лидер-разведчик”, немногочисленные разведчики способны не просто запоминать путь в сложно устроенном лабиринте, но и улавливать закономерности и использовать их для оптимизации сообщений, которые они передают фуражирам, — рассказывает Жанна Резникова. — Ранее такие способности у насекомых известны не были. При этом фуражиры могут воспринимать и запоминать сообщения разведчиков, но сами они к интеллектуальным подвигам не способны. Они только могут действовать в соответствии с полученной инструкцией. По нашему мнению, именно на этой когнитивной специализации, опирающейся на “личностные” характеристики, и основана сложная система коммуникации высокосоциальных видов».
Мирмекологам еще многое предстоит узнать о когнитивных способностях и особенностях коммуникации муравьев разных видов. Может быть, нам уже сейчас стоит чему-то научиться у них, если не в личностном, то хотя бы в социальном плане?

 
«Пытаясь ответить на этот вопрос, мы, боюсь, не пойдем дальше поверхностных аналогий, — считает Жанна Резникова. — Это и профессиональная ориентация в муравейнике, и оптимальный размер рабочей группы индивидуумов (пять-семь особей), и даже фиаско принципа “у нас незаменимых нет” на примере высокосоциальных и самых процветающих видов муравьев. Однако сказка (поверхностные аналогии) — ложь, да в ней намек. Общность механизмов социального поведения животных и людей, возможно, кроется весьма глубоко. Так, недавно было обнаружено фундаментальное сходство нейрохимического базиса поискового поведения у пчел и млекопитающих, включая человека. Можно лишь еще раз удивиться поразительной схожести закономерностей, проявляющихся в организации социумов у представителей столь далеких эволюционных ветвей».​

 
Глеб Сегеда
 
Фото Ивана Яковлева

Источники

Один за всех или все за одного? Роль личности в муравейнике
Наука в Сибири (sbras.info), 06/07/2021
Личность в каждом рыжем муравье разглядели ученые СО РАН | VN.RU
Все новости Новосибирской области (vn.ru), 06/07/2021
Личность в каждом рыжем муравье разглядели ученые СО РАН
Новости Новосибирска (novosibirsk-news.net), 06/07/2021
Ученые исследуют распределение поведенческих черт и когнитивных функций в колониях муравьев
Научная Россия (scientificrussia.ru), 06/07/2021
РОЛЬ ЛИЧНОСТИ В МУРАВЕЙНИКЕ
Искусственный интеллект ИТ новости (ai-news.ru), 07/07/2021
Муравейник живет
Академгородок (academcity.org), 08/07/2021
Ученые определили роли отдельных особей в муравейнике
InScience (inscience.news), 07/07/2021
Муравьи - одни из наиболее социально развитых насекомых, но как они общаются между собой?
Искусственный интеллект ИТ новости (ai-news.ru), 09/07/2021
Есть вопрос: правда ли, что муравьи - это насекомые, которые способны обучаться?
ЧС Инфо (4s-info.ru), 13/07/2021
Ученые исследуют распределение поведенческих черт и когнитивных функций в колониях муравьев
Научный портал MSAU.RU, 15/07/2021

Похожие новости

  • 02/08/2019

    «Летопись, текущая через миллионолетия»

    ​Палеонтология — наука, которая изучает организмы, жившие в прошлые геологические периоды. Останки этих существ являются ключом к множествам тайн этого мира. Исследуя особенности древней флоры и фауны, ученые выясняют, как животный мир отвечает на изменения окружающей среды, и даже способны спрогнозировать влияние тех или иных факторов на современные экосистемы.
    1324
  • 06/12/2016

    Новосибирские ученые изучают поведенческие модели птиц

    Учёные Новосибирского государственного университета и Института систематики и экологии животных СО РАН провели исследование изменчивости поведения птенцов барабинской чайки. Экологи поставили эксперимент: создали загородку-лабиринт, в которую помещали детёнышей чаек, чтобы оценить разнообразие присущих им способов решения задач на ориентирование.
    2900
  • 10/09/2019

    Сибирские ученые используют дроны для мониторинга саранчи

    ​С помощью беспилотников энтомологи из Новосибирска определяют участки, где растет полынь с примесью разнотравья: именно в таких местах предпочитает жить местная саранча в период сниженной активности.
    1263
  • 19/01/2017

    Самые громкие и важные исследования ученых СО РАН за 2016 год по версии НГС

    Хомяки-математики, яд для лечения сердца, спасение от энцефалита и таяние льдов Гренландии — НГС.НОВОСТИ изучили самые громкие и важные исследования ученых СО РАН за последний год.  Новосибирцы гордятся Академгородком и славой научного центра Сибири, которую город получил благодаря институтам СО РАН и работающим в них ученым.
    4171
  • 30/01/2017

    Где можно пережить апокалипсис?

    ​Где-то внутри гор есть удивительный мир, скрытый от лучей солнца и глаз обывателей. Над ним практически не властны погодные условия, разрушительные катастрофы и суетное течение времени. В этом мире удивительной жизнью живут удивительные существа.
    1722
  • 29/10/2019

    Природа гениальности опробована на мышах

    Случай и эксперимент с пластиковыми бутылками помог исследователям из Института систематики и экологии СО РАН найти удивительную замену обезьянам в когнитивных экспериментах. Лев Толстой, охотясь на зайцев, индивидуальностей в них не видел.
    527
  • 08/02/2019

    9 февраля 2019 года в ГПНТБ СО РАН пройдёт День российской науки

    ​9 февраля 2019 года в Государственной публичной научно-технической библиотеке СО РАН (Новосибирск, ул. Восход, 15) с 10:00 будут проходить мероприятия, посвященные Дню российской науки. Программа Дня науки:1 этаж, малый выставочный зал10:00 – 16:00Интерактивная выставка «ЧУДО СВЕТА или страсти по электричеству».
    2230
  • 05/04/2021

    Фейсконтроль для кошки: разработана шкала диагностики боли у животных

    ​Канадские ветеринары провели испытания разработанной ими шкалы оценки мимики кошек, которая позволяет человеку даже без специальной подготовки определить, испытывает ли животное в данный момент болевые ощущения.
    606
  • 15/06/2020

    Академическая платформа «Вектора». Как проверялась экспериментальная модель «треугольника Лаврентьева»

    Государственный научный центр вирусологии и биотехнологий Роспотребнадзора «Вектор» разработал первые в России тест-системы для COVID-19, а в июне начинает клинические испытания одной из вакцин от коронавируса.
    858
  • 27/05/2020

    Академические гены «Вектора»

    ​​Сегодня по запросу «вектор» поисковик найдет прежде всего одноименный Государственный научный центр вирусологии и биотехнологий Роспотребнадзора. Об эпизодах происхождения и истории одного из мировых лидеров борьбы с коронавирусом и другими опасными инфекциями рассказывают председатель СО РАН академик Валентин Николаевич Пармон​ и выпускники НГУ разных лет: академики Валентин Викторович Власов, Ольга Ивановна Лаврик (Институт химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН) и мэр наукограда Кольцово Николай Григорьевич Красников.
    965