Эффект обнаружили при сворачивании муравьями листьев для кокона

Азиатские муравьи-портные сворачивают лист бумаги, цепляясь друг за друга и формируя таким образом живые цепи
Азиатские муравьи-портные сворачивают лист бумаги, цепляясь друг за друга и формируя таким образом живые цепи

Ученые из Австралии и Англии выяснили, что при строительстве гнезд муравьями-портными их индивидуальная производительность увеличивается с ростом количества сородичей, вовлеченных в работу. Это противоречит эффекту Рингельмана, при котором в рабочих командах, как правило, наблюдается обратная зависимость между числом участников и их усилиями. Секрет эффективности муравьев-портных, по мнению авторов статьи в Current Biology, кроется в разделении труда и использовании сил трения, превышающих мышечные силы муравьев.

Муравьи-портные — род тропических и субтропических муравьев, обитающих на деревьях. Для защиты королевы и потомства они создают сети камер из живых листьев, сворачивая их и сшивая шелком личинок. Чтобы скреплять тугие или крупные листья, муравьи собираются в живые цепочки: один цепляется мандибулами за петиоль другого, и так далее. Когда лист оказывается достаточно свернут, муравей с личинкой в мандибулах проходит по его краю и закрепляет форму шелком. Слаженная командная работа позволяет муравьям-портным сооружать гнезда размерами до полуметра, задействуя вплоть до 300 листьев.

Схематическое изображение шести муравьев, сворачивающих листок. Трое муравьев тянут край листа поодиночке, тогда как оставшиеся сформировали цепь
Схематическое изображение шести муравьев, сворачивающих листок. Трое муравьев тянут край листа поодиночке, тогда как оставшиеся сформировали цепь

Муравьи считаются одними из лучших коллективных работников из-за их способности координировать тысячи особей для выполнения сложных задач — об этом мы писали в материале «Диванные эксперты». Однако, как показывают наблюдения за животными и человеческими группами, с ростом числа участников их индивидуальный вклад в общее дело снижается. Это свойство называют эффектом Рингельмана. Биологи из трех стран под руководством Криса Рейда (Chris R. Reid) из университета Маккуори решили выяснить, страдают ли азиатские муравьи-портные (Oecophylla smaragdina) от эффекта Рингельмана во время строительства гнезд.

Для этого ученые поселили колонию муравьев в контейнер с искусственным гнездом и листом бумаги на подложке, к концу которого был привязана нить для измерения натяжения. Муравьи, замечая лист, принимались совместно скручивать его в трубочку. Когда кончик листа смещался на три сантиметра, нить натягивалась, и датчик силы начинал считывать показания.

Экспериментальная установка
Экспериментальная установка
Схема установки для измерения силы, с которой муравьи-портные сворачивают лист
Схема установки для измерения силы, с которой муравьи-портные сворачивают лист

  Данные детектора показали, что муравьи не только не подвержены эффекту Рингельмана, но и усиливают индивидуальную производительность друг друга при совместной работе. Ученые выяснили, что средняя сила, которую прикладывает один муравей при работе группы из более чем 15 особей, почти удваивалась и достигала величины, в 103 раза превышающей вес самого муравья. На удельную производительность муравьев-портных влияла и максимальная длина цепей муравьев в группе: по сравнению с группами, в которых каждый тянул лист поодиночке, группы с цепочками из трех муравьев тянули почти вдвое сильнее (были цепочки и длиннее, но у авторов не набралось достаточно данных для оценки их вклада). Также биологи обнаружили гистерезис при изменении числа вовлеченных в работу муравьев: в фазе роста числа особей сила, прикладываемая муравьями, была ниже, чем в фазе уменьшения (при постоянном количестве особей).  

График роста средней силы, прилагаемой одним муравьем во время роста и убывания числа вовлеченных особей
График роста средней силы, прилагаемой одним муравьем во время роста и убывания числа вовлеченных особей

Чтобы разобраться в причинах сверхэффективной работы муравьев-портных ученые детально изучили нагрузки, которым они подвергаются будучи частью цепи. Оказалось, что самым слабым местом в цепи были не соединение мандибулы-петиоли и не места соединения частей экзоскелета муравьев, а контакт между их конечностями и поверхностью листа. Авторы акцентируют внимание на том, что максимальная сила, с которой муравей мог сцепиться с поверхностью (4-10 миллиньютонов), была очень близка к максимальной средней силе муравья, зафиксированной в эксперименте.

Схематичное изображение слабых соединений в цепочке из двух муравьев-портных
Схематичное изображение слабых соединений в цепочке из двух муравьев-портных

Исследователи предполагают, что секрет производительности муравьев кроется в стратегии силового храповика: пока два муравья притягивают лист с максимальной доступной силой, один муравей удерживает край листа за двоих, используя силу трения с поверхностью. Наращивая количество работников и повторяя цикл натягивания — перекладывая силы натяжения листа на пассивных держателей, — муравьи аккумулируют нагрузку как храповой механизм.

Это подтверждается как вытянутой позой муравьев у основания цепи, так и гистерезисом индивидуальной нагрузки: когда группа растет, в процесс пассивного удерживания листа вовлечено меньше муравьев, чем в фазе уменьшения числа рабочих.

Ученые отмечают: хоть данная гипотеза и выглядит правдоподобной, в будущем ее можно будет проверить регулируя силу трения между поверхностью и муравьями.

Муравьи-портные используют листья для гнезд и одновременно защищают растения от насекомых-вредителей, кроме щитовок, которых они пасут, собирая с них сладкий нектар. Однако «дойка» щитовок — не единственный пример фермерства у муравьев: некоторые виды выращивают в муравейниках грибы, используя их как основной источник пищи. По одной из гипотез, они начали культивировать грибы из-за падения «динозаврового» астероида.