Учёные разобрались в возникновении симбиоза муравьёв Attini и грибов
Муравьи листорезы – пожалуй, одна из самых высокоорганизованных и развитых групп, во многом напоминающая больших травоядных животных. Так этих насекомых назвали потому, что основу их питания составляют листья. Точнее срезанную листву муравьи используют в качестве сырья для производства муравьиного «кольраби». Об этом удивительном и сложном процессе, а также об особенностях самого муравья листореза расскажет эта статья.
Как выглядят листорезы
Муравей листорез – небольших размеров насекомое коричневого цвета. Длина его тела варьируется в пределах 0,5-2 см в зависимости от того, к какой касте особь относится. Всего у листорезов 7 каст: матка и самцы, солдаты и фуражиры, строители и садоводы, а также малые рабочие.
- Работники, заботящиеся о будущем потомстве и работающие на грибных грядках, вырастают не более 0,5 см.
- Гораздо крупнее работников выглядят муравьи защитники или солдаты, длина тела которых составляет 1,5-2 см. Устрашающий вид им придает большая голова с мощными крючковатыми челюстями, благодаря которым насекомые срезают грубую листву тропических растений. Ведь обитают муравьи листорезы на территории Центральной и Южной Америки.
- Особого внимания заслуживает королева матка, масса которой в несколько сотен раз превышает вес рабочей особи. Еще одной отличительной особенностью этой самки является очень большая и мощная грудь. До процесса спаривания матка представляет собой крылатую особь, после оплодотворения она лишается крыльев, отгрызая их. С этого момента она занимается только воспроизведением потомства и организацией новой семьи.
Муравьи листорезы являются обладателями трех пар длинных лап, размеры которых зависят от «занимаемой должности». У часто перемещающихся по деревьям особей конечности наиболее длинные.
Муравей листорез
Размножение муравьев-листорезов
Муравьи-листорезы размножаются аналогично другим видам. В определенный момент жизни муравейника, обычно привязанный к сезону года, рабочие муравьи кормят личинок с добавлением специальных веществ, которые стимулируют развитие половых особей. Способные к размножению самцы и самки имеют крылья, и по достижении их количества в муравейнике определенного критического значения они вылетают, роятся и спариваются.
Это интересно
У некоторых видов муравьев-листорезов рабочие муравьи могут откладывать яйца в случае гибели матки. У одних видов из таких яиц выходят неспособные к размножению самцы, у других — нормальные особи. Спасением такого муравейника будет случайно оказавшаяся рядом оплодотворенная самка, ищущая убежище. Но случаи таких встреч крайне редки. Полигиния же — присутствие нескольких маток в муравейнике — листорезам не свойственна.
При роении каждая самка спаривается с несколькими самцами для сбора достаточного количества семени.
Полезно также почитать: Сколько обычно живут муравьи и как протекает их жизнь в муравейнике
После роения, которое длится обычно один день, самцы и самки разбегаются по окрестностям муравейника. Самцы погибают, а каждая самка в удобном месте роет ямку глубиной в 30 см и начинают откладывать яйца. Тут же она складывают несколько найденных и пережеванных листьев, которые заражает кусочком грибницы.
Первых личинок самка кормит отложенными ею трофическими яйцами и новой грибницей. Сама она в это время не питается и выживает за счет своих жировых запасов и отгрызенных крыльев. За 40-60 дней у неё выводятся первые рабочие особи, которые начинают выполнять за неё все «рутинные» операции.
Это интересно
На нижней части головы у матки есть специальный карман, в который она перед вылетом из родительского муравейника кладет кусочек грибницы. Именно этот запас обеспечит в дальнейшем нормальное развитие фермы.
Личинки муравьев-листорезов не способны питаться самостоятельно, и взрослые муравьи кормят их гифами грибов.
Несмотря на такую сложность социальной структуры муравьи-листорезы хоть и с определенными трудностями, но вполне могут содержаться и в неволе. Например, на большой муравейник можно посмотреть в инсектарии Московского зоопарка, где для муравьев на зиму специально замораживают листья березы и розы. Да и многие любители умудряются успешно выращивать муравьев-листорезов в домашних условиях. В целом же муравьи-листорезы — исключительно жители тропиков Южной Америки и нескольких Карибских островов. К умеренному климату их родственники пока ещё приспособиться не смогли.
Образ жизни
Муравей труженик, такое словосочетание применимо и к листорезам. Чтобы накормить свою колонию, муравьям необходимо приложить немало усилий. Поднявшись на дерево, насекомое обхватывает листовую пластину своими конечностями, после чего начинает срезать мандибулами кусочки листа. Зажав жвалами груз, муравей направляется обратно к муравейнику.
Срезанные листья обрабатывает специальная каста насекомых. В результате чего из тщательно пережеванной грубой клетчатки получается лиственная кашица, обильно сдобренная содержащимися в слюне муравьиными ферментами.
Интересно!
В слюне листорезов присутствует антибиотик, который способствует росту патогенных микроорганизмов на грибных грядках.
Полученную массу насекомые складывают в специальные камеры, в которых поддерживается необходимый микроклимат. Лиственную смесь заражают специальным грибом и регулярно удобряют.
По истечении некоторого времени поверхность подземной теплицы оплетается грибницей, которая по виду схожа на губку. На начальных стадиях развития грибов муравьи их отгрызают и выбрасывают. Полученный же срез начинает активно выделять сок, являющийся излюбленным лакомством насекомых. Спустя время эти места затвердевают и увеличиваются по площади. Они превращаются в густую щетку из прозрачных белковых телец, которую называют «муравьиное кольраби». Именно эта грибковая культура и служит пищей муравьям листорезам. По этой причине этих насекомых еще называют грибоводами.
Учёные разобрались в возникновении симбиоза муравьёв Attini и грибов
То, что насекомые возникли за миллионы лет до человека, отнюдь не делает их менее совершенными. Социальной организации колоний пчёл или муравьев может позавидовать самая совершенная демократия. И эксплуатировать другие виды они могут не хуже человека, при этом от охоты и собирательства к «скотоводству» и сельскому хозяйству они перешли за миллионы лет до нас. Учёные разобрались, как муравьи сделали это.
Кроме человека и муравьев выращивать что-то для пропитания умеют ещё термиты и короеды, однако именно муравьи достигли в этом деле наибольшего совершенства. Эта их уникальная черта была подмечена ещё в конце позапрошлого века. И если для нас удивительно само по себе умение, то энтомологи-эволюционисты смогли выделить пять отдельных сельскохозяйственных систем и проследить эволюцию этих способностей. Работа
учёных опубликована в последнем выпуске Proceedings of the National Academy of Sciences.
Конечно, муравьи выращивают не злаки и не фруктовые деревья — им вполне достаточно грибов; кстати, это одна из последних культур, освоенных человеком.
Ученые полагают, что исходная форма сельского хозяйства возникла около 50 миллионов лет назад, когда «культурными» стали грибы семейства Leucocoprineae. За последние 30 миллионов лет из этой системы возникли ещё три, а еще несколько миллионов лет спустя одна из этих систем дала начало самой современной — культивированию грибов муравьями-листорезами, появившимися 8–12 миллионов лет назад и ставшими доминирующими травоядными в тропиках Нового Света.
Муравьи и ломехузы
Помимо обхаживаемых разными видами муравьев тлей, червецов и гусениц, есть и ещ один обожаемый ими вид – ломехузы, пользующиеся особым… →
Эти выводы ученые сделали после тщательного анализа поведения, особенностей биохимических процессов и генетических исследований, давших им возможность восстановить филогенетическое дерево и заполнить пробелы истории — предположить наличие общего предка.
Все семейство Attini состоит из 230 видов, которые преимущественно населяют тропики Нового Света. Все виды этого семейства облигатно, то есть полностью, зависят от выращиваемых грибов. Сложившийся мутуализм настолько силен, что новая муравьиная королева, когда организует новую колонию, обязательно переносит туда частицы гриба, достаточные для того, чтобы возделать новый сад.
Самые совершенные из всего семейства — муравьи-листорезы, или зонтичные. Если все остальные муравьи выращивают грибы так же, как человек растит свои вешенки и шампиньоны, то есть на органическом детрите, то листорезы разбивают целые сады, самостоятельно перерабатывая живые листья, цветы и траву, из которых и производят субстрат для своих подопечных.
При этом грибы, культивируемые зонтичными муравьями, не встречаются в природе самостоятельно — они не способны жить на другом субстрате, кроме специально созданного для них. Взамен они образуют вздутия гиф (растущих нитей гриба), богатые питательными веществами, которые собирают муравьи.
Остальные современные схемы «грибоводства» муравьев Attini отличаются видами культурных грибов и, как уже упоминалось, используемым субстратом. Авторы работы, Тед Шульц и Шон Брэди, даже вспомнили сравнение колонии муравьев с большим травоядным. Если учесть его биомассу, продолжительность жизни и количество поглощаемой травы, то сходству помешает лишь необычный внешний вид этого «синтетического животного».
Происхождение сельского хозяйства даже несколько более сложное, чем может показаться на первый взгляд,
— это результат четырехстороннего симбиоза трех мутуалов и одного паразита.
Мутуализм
(от латинского mutuus, «взаимный») – длительное взаимнополезное сожительство двух организмов разных… →
К мутуалам относятся муравьи семейства Attine, их культурные грибы (Leucocoprineae и Pterulaceae) и бактерии рода Pseudonocardia (Actinomycetes), живущие в пищеварительном тракте муравьев. Паразит — гриб рода Escovopsis (Ascomycetes) — известен только как «вредитель» в садах культурных грибов.
Синтезируемые бактериями-симбионтами антибиотики помогают частично справиться с вредителями, не поражая «культурные» грибы. Человечество «приручило»
бактерий этого же рода для производства стрептомицина и неомицина только во второй половине прошлого века. Кстати, это ещё один пункт, по которому муравьи существенно обогнали человека.
Шульц и Брэди считают, что, как и у термитов (и в отличие от человека и жука-короеда), сельское хозяйство возникло у муравьев один раз — около 50 миллионов лет назад, а затем уже изменялось и приобретало новые формы, притом каждая новая форма тоже возникала однократно.
Более того, такая форма поведения вторична — ученые доказали, что 73 миллиона лет назад существовал предок, питавшийся не только за счет сельского хозяйства и давший начало всему многообразному семейству Attini.
Так что муравьи на несколько миллионов лет обогнали человечество в эволюционной гонке. Правда, это им удалось не за счет преимущества в числе конечностей, а благодаря нужным встречам, устроенным самой природой.
Муравейник грибоводов
Несмотря на то, что большую часть своей жизни листорезы проводят на деревьях, свое гнездо они строят в подземных слоях почвы. Только в таких условиях грибам не страшны перепады температур и воздействия влаги.
Само гнездо листорезов напоминает большое яйцо, в сердцевине которого живет царица матка. Вокруг нее располагаются инкубаторы с личинками и яйцами. Далее размещены боксы с грибницами.
Интересно!
Один муравейник может занимать несколько метров, в нем может проживать более миллиона муравьиных особей.
Жизнь муравья листореза Иногда на муравейники грибоедов нападают кочевые муравьи. Очень часто после таких атак не остается ни взрослых особей, ни потомства, ни даже грибниц.
Социальный паразитизм[ | ]
Использование гнездовых ресурсов муравьёв-листорезов и грибководов отмечено в разных родах муравьёв[4]. Виды Megalomyrmex
могут сосуществовать как социальные паразиты (agro-predator, агрохищники) в гнёздах аттин, используя их грибные сады (Brandão, 1990; Adams et al., 2000)[5]. Вид
Gnamptogenys hartmani
также служит агрохищником у грибководов родов
Trachymyrmex
и
Sericomyrmex
в Панаме (Dijkstra & Boomsma, 2003). Пять таксонов являются социальными паразитами других видов
Acromyrmex
, использующими их грибные сады, но не вносящими вклад в их развитие и не имеющих своих рабочих муравьёв:
Pseudoatta argentina
и
Pseudoatta argentina platensis
(паразиты видов
Acromyrmex lundii
,
Acromyrmex heyeri
и возможно
Acromyrmex balzani
), и
Pseudoatta
sp. (паразит вида
Acromyrmex rugosus
) (Santschi, 1926; Bruch, 1928; Gallardo, 1929; Delabie et al., 1993). В 2010 году был обнаружен (Rabeling and Bacci, 2010) инквилин (без собственных рабочих особей)
Mycocepurus castrator
, который паразитирует на виде
Mycocepurus goeldii
[6]. Наоборот, есть вид
Acromyrmex insinuator
(паразит вида
Acromyrmex echinatior
), который продуцирует собственных рабочих особей (Schultz et al., 1998). Социальный паразит
Acromyrmex ameliae
также имеет собственную касту рабочих и паразитирует на видах
Acromyrmex subterraneus
и
Acromyrmex subterraneus brunneus
в Minas Gerais (Бразилия)[4].
Источник