Панама и муравьи-листорезы

В Панаме, как и на всей территории соседней Южной Америки, обитают такие удивительные насекомые, как муравьи-листорезы (Acromyrmex striatus, Atta Fabricius). Они являются одними из самых эволюционно развитых среди всех беспозвоночных животных.

Когда стоит солнечная погода и очень жарко, эти муравьи покидают своё гнездо,  выстраиваются шеренгами в колонну и торопятся к ближайшим деревьям. Они ползут по стволу до листьев и там начинают работу. Своими чрезвычайно острыми челюстями, словно секаторами, они откусывают часть листа. В итоге несчастное дерево остаётся практически голым. Если верить статистике, так уничтожается около двадцати процентов всей листвы в Южной Америке.

Но вернёмся к нашим маленьким воришкам. Откусив лист, муравей ползет восвояси. Если посмотреть на шествие листорезов сверху, то взору откроется такая картина: по тропинке сама собой извивается зелёная лента. Дело в том, что каждый муравей над своей спинкой держит  кусочек зелёного листа, как будто маленький зонт. Именно поэтому их второе название –  зонтичные муравьи.

Муравьи дожидаются, когда принесённые ими листья увянут под воздействием солнечного света, так щедро льющегося с неба Панамы, а затем перетаскивают сухарики в свои кладовые. Там листья подвергаются дальнейшей обработке: сначала муравьи их тщательнейшим образом пережёвывают, после чего добавляют в кашицу свои экскременты и слюну. Готовую смесь они складывают в специально вырытые для этих целей камеры, довольно большие по объёму. Получаются своеобразные грядки. На этих компостных кучах в скором времени вырастают гифы грибов Базидиомицетов (Basidiomycota). Конидиями (спорами) этих грибов листорезы и питаются, причем их употребляют в пищу как взрослые особи, так и личинки. Забота о подрастающем поколении проявляется и в том, что при уходе из родительского муравейника молодые самки непременно берут с собой частички грибницы, для того чтобы сразу же посадить грибы на новом месте и тем самым обеспечить пропитание семейству.

Листорезы строят себе огромные муравейники, пожалуй, самые крупные в мире: в диаметре они достигают десяти, а в глубину –  шести метров, подземные ходы и камеры могут охватывать десятки кубометров почвы. Наткнётся на такой муравейник панамский турист и застынет в удивлении: то ли дом перед ним, то ли холм.

Цепочка подземных сооружений очень запутана, однако внешние ее очертания, в общем, практически всегда напоминают перевёрнутое птичье яйцо (направленное острой вершиной вниз). Приблизительно в центре этого яйца расположен надёжно защищённый  отсек с маткой. Во все направления от нее прорыты тоннели к отсекам с потомством (личинки и куколки). От детской проведены ходы к отсекам с пищей для всего семейства. Получается, что сердцевина с маткой и ее детками окружена снаружи кормовой оболочкой (как желток в курином яйце окружен белком).

Муравьиная семья насчитывает приблизительно от пяти до восьми миллионов рабочих муравьёв и одну матку. Рабочие муравьи подразделяются на следующие типы в зависимости от физических размеров: садоводы и грибководы (мелкие, а, следовательно, слабые муравьи, они в семьсот раз мельче матки), фуражиры и строители (средние), солдаты (большие крупноголовые).

Почти круглые сутки перемещаются по своим трассам среди панамской растительности цепочки муравьёв рыжеватой расцветки с кусочками листьев в челюстях. Им навстречу из муравейника то и дело выбегают другие, уже, по всей видимости, оставившие свой груз дома. Взобравшись на дерево, фуражиры (как мы помним, они среднего размера, однако имеют мощные, как у солдат, челюсти) добираются до листвы и закрепляются на листовой пластинке всеми шестью лапками. Не торопясь, описывая круг от точки закрепления, муравей челюстями, словно миниатюрными ножницами, вырезает кусочек листа. Потом листорез зажимает вырезанный кусочек в челюстях и спешит с добычей вниз, на тропинку, по которой перемещаются его собратья-фуражиры. Тысячи муравьёв образуют живые зеленые ручейки, текущие к многочисленным входам в огромное гнездо.

Коллеги фуражиров заняты другой работой: они перепиливают черешки листьев. Словно зеленый дождь обрушивается с кроны дерева, густой слой листвы покрывает землю. К упавшим листьям тут же подбегают чуть меньшие по размеру муравьи, которые острыми, как бритва, челюстями кромсают листики на полоски. А другие листорезы из этого же самого гнезда, которые гораздо меньше по размерам и тех, что работают в кроне дерева, и тех, что кромсают листья под ним, подхватывают обрезки и выползают, держа их в лапках, на трассу, включаясь таким образом в бесконечную вереницу спешащих к родному муравейнику носильщиков-тягачей.

Представьте себе: маленький отрезок листика способен превышать по весу самого фуражира. Такой неподъёмный груз был бы для крохи-муравья в иных условиях непосилен, однако в русле тропинки, которая выровнена и утрамбована лапками тысяч и тысяч его собратьев, он в мгновение ока доставляет поклажу к намеченной цели.

Миллионы листьев крадут таким способом листорезы. Бывает вовсе не смешно, когда такие муравьи совершают нападение на плодовый сад какого-нибудь панамского жителя, который в это время преспокойно спит себе в уютной постели. Его деревья-великаны с густыми-прегустыми кронами, выращенные панамцем с любовью и заботой, за одну-единственную ночь превращаются в чёрные, догола раздетые скелеты. И только самые   чуткие сторожевые собаки жалобно и протяжно поскуливают в то время, когда, минуя их, совершенно бесшумно проплывают в ночной темноте беспощадные фуражиры, уносящие снятое с бедного дерева зелёное покрывало.

Что же происходит с принесённой листвой в гнезде? Долгое время учёные не могли это установить, но позже все-таки выяснили следующее.

Обрезки листьев, которые приносят фуражиры и сдают муравьям-приёмщикам, подвергаются очень сильному измельчению. Приёмщики разрезают принесённые кусочки листьев на узенькие полоски, а затем с большой ловкостью и сноровкой, которые не  могут не поразить, принимаются за кропотливую работу: они скребут, обдирают, разглаживают, укладывают и взбивают зелёную листовую массу, орудуя при этом челюстями и шестью ножками.

Измельчённая почти в пыль зелень укладывается в те отсеки, которые расположены  по краям  гнезда (та самая внешняя оболочка). Вода, которая испаряется из этой массы зелени, а также тепло, которое она выделяет, превращают тёмные, лишённые света подземные тоннели в подобие теплиц или парников. В них листорезы выращивают грибы для собственного пропитания, сильно удобряя при этом грядки, сформированные из листовой зелени.

Как понимать обильно удобряя? Как бы это ни было поразительно, сказанное необходимо понимать в прямом смысле: в отсеке муравей, придерживая передними лапками кусочек зелёной массы или же комочек грибка, подносит его к окончанию своего брюшка, которое изгибается вперёд, и при этом выделяет капельку, которую комочек тут же впитывает.  Этот момент известен теперь уже не только по рассказам и зарисовкам наблюдателей, но также зафиксирован на чётких фотографиях, которые сделаны разными учёными (в том числе и панамскими) в искусственно созданных муравейниках.

Через некоторое время удобренная выделениями почва подземной грядки в камере-парничке становится уже вся оплетенная густой-прегустой сетью гриба.

В одних муравейниках листорезы выращивают плесневые грибы, а в других шляпочные. Кстати, малюсенький шляпочный гриб Розитес гон-гилофора (дальний родственник мухоморов) нигде больше, кроме как в муравейниках листорезов, не встречается. Так что у мухомора, растущего вблизи избушки Бабя-Яги в русских народных сказках, есть друг в Панаме, живущий в муравейниках.

Итак, зелёный поток листвы, который поглощается гнездом листорезов и исчезает в его недрах, – это не пища и даже не пищевое сырьё, а всего лишь та основа, с помощью которой муравьи выращивают грибы. Однако и гриб сам по себе в пищу муравьи не употребляют. Челюстями они подсекают грибочек у самого основания,  а отсечённую часть выбрасывают, поэтому надземная часть гриба используется только с целью удобрить грибницу. Чем же пополняют свой энергетический запас муравьи? Сначала каплями сока, который выступает на срезах. Эту жидкость листорезы с жадностью слизывают почти мгновенно. Через некоторое время на срезах появляются затвердевшие наросты. Довольно быстро вся грядка оказывается покрытой рядами прозрачных продолговатых шариков, которые своим видом напоминают булавки или малюсенькие ампулы. Эти ампулы содержат в себе огромное количество белка.

Эти ампулоподобные наросты принято называть (причём название закрепилось за ними очень прочно) муравьиными кольраби. Вот эти кольраби и едят листорезы. Это их основная пища и конечная цель, которую достигает грибная культура в муравьином гнезде.

Как Вы помните, всю наземную и часть подземной работы проделывают муравьи покрупнее. А вот в непосредственный контакт с грибницей вступают самые мелкие муравьи. Они прищипывают грибницу, чтобы предотвратить образование спороносцев.

А что происходит  в новом, еще девственно чистом гнезде с грибной закваской, которую приносит туда молодая самка (будущая матка)?

За несколько дней до того момента, когда самке придётся покинуть родительский муравейник, она прячет кусочек грибницы в мешочек за своей щекой (эту полость называют подротовой сумкой). После завершения брачного полета, она залезает в новый муравейник и удобно располагается в зародышевой камере, чтобы дать начало новой муравьиной колонии. Проходит один день, и самка, выплюнув грибок и смочив его своими экскрементами, приступает выхаживать новую, только что созданную ею самой грибницу.

Через два месяца новоявленная матка успевает отложить в зародышевой камере определённое число яиц, большинство из которых, правда, она тут же съедает. Однако какая-то часть яиц остаётся нетронутой, в целости и сохранности, чтобы в будущем превратиться в личинок.

Постоянно удобряемая грибная грядка становится всё больше и больше. Самка прищипывает гриб челюстями, и к концу указанного периода (два месяца) по периметру грибницы можно увидеть первые кольраби. Ими матка питается сама и какую-то часть скармливает личинкам, что очень помогает самке выхаживать членов своей будущей семьи. Очень скоро они вылупляются из личинок.

Сначала у молодой матки рождаются только крошечные муравьи, лилипуты, но они то как раз кстати, потому что лучше других приспособлены для сложного ухода за растущей грибницей. Эти шустрые крошки-муравьи ловко продвигаются в зарослях грибов, нанося удобрения (экскременты) точно на грядки, а прищипывать у них получается не только по краю, как у самки, но и в самом центре. Маленький размер первого муравьиного поколения приносит ощутимую пользу.

Грибница растёт и развивается всё быстрее и быстрее, однако питаться ей работяжкам-лилипутам еще не разрешается, они довольствуются только тем соком, который вытекает из надкусов. Кольраби, выращенная крошками, достаётся их более крупным собратьям, уже знакомым нам фуражирам, которые имеют более совершенный ротовой аппарат и более мощные челюсти. Родившись и тут же подкрепив свои силы грибом, эти крупные муравьи приступают к прокладыванию выхода на волю.

Постепенно вылазки фуражиров в леса Панамы становятся всё более и более регулярными. Грибной огородик разрастается, население гнезда увеличивается, и самка мало-помалу прекращает заниматься своими старыми занятиями. Она уже не заботится ни о куколках, ни о взрослых личинках. Роль няни вскоре начинают играть молодые рабочие муравьи. Прокормить малышей им нетрудно, поскольку грибница на тот момент приносит уже очень много пищи. Скоро вся колония набирает силу.

Вот как зарождается новый муравейный клан. Этот процесс представляет собой один из случаев симбиоза (в нашем случае между муравьями-листорезами и родственником мухомора). Симбиоз это взаимовыгодное сотрудничество. Польза, которую получают муравьи, налицо. Но вот что получает гриб? Вспомните, что Розитес гон-гилофора произрастает только в муравейниках листорезов и нигде больше в природе не наблюдается. По-видимому, в муравьином гнезде гриб получает всё, что ему необходимо для полноценного существования. И действительно, муравьи бесперебойно доставляют грибу огромную массу свежей зелени, регулярно и полноценно удобряют ему землю, охраняют от губительного мороза, насыщают животворящей влагой. Муравьи помогают грибу даже в деле размножения: как мы уже знаем, молодые самки, улетая строить новый муравейник, уносят с собой в подротовой сумке несколько клеток драгоценной грибницы. Поэтому можно сделать следующий вывод: процесс расселения и размножения муравьев-листорезов и гриба практически слился в единое целое.

Как же такое могло возникнуть в ходе эволюции растительного и животного мира? Что вызывает такой живой интерес грибных бактерий к муравьям-листорезам? Учёные выяснили, что на теле этих муравьёв есть специальные полости, где сконцентрированы эти самые грибные бактерии. С ходом эволюции листорезы постепенно наращивали количество этих полостей. В конце концов, они покрыли всё тело листореза полностью. Видимо, эволюционная задача муравья была такова: чем больше будет пространства для благополучного поселения грибной бактерии, тем лучше.

Интересно, что эволюция этого удивительного симбиоза, вероятно, проходила параллельно у двух видов. Как только симбиоз начался, то есть, как только муравьи смогли привлечь на свою сторону бактерию, последняя старалась как можно более качественно и разными методами лечить пищевые посевы муравьев, а муравьи, со своей стороны, старались снабдить своих докторов прекрасными жилищными условиями.

На этом симбиозе чудеса матушки-природы не заканчиваются. Как выяснилось, на питательном компосте из нашинкованных листьев поселяются не только полезные грибы, но также и опасные, которые могут стать источником инфекции. Но на теле листорезов, как мы уже знаем, великое множество целительных бактерий, поэтому они способны лечить заражённых сородичей. При этом врачи часто рискуют собственной жизнью.

Британские учёные, занимающиеся изучением насекомых, доктор Том Уолкер (Tom N. Walker) и доктор Вильям Хагхес (William O.H. Hughes) будучи в панамском городке Гамбоа, провели интересный эксперимент, в котором принимало участие шесть колоний листорезов. Определённую часть муравьёв заразили грибком Metarhizium anisopliae,  штамм KVL0273, который реально угрожал жизни этих насекомых. Дело в том, что  споры прорастают в тело муравья уже через одни сутки после того, как они попали на кутикулу. После этого муравей заболевает, и может умереть в ближайшие три дня (так бывает приблизительно в половине случаев).

В ходе исследований насекомых заражали несколько раз. Лекарство от смертельной опасности было только одно удаление спор, которые попали на брюшко, пока они не успели прорасти.

Так вот, на территории Панамы было сделано поразительное открытие: у листорезов общий иммунитет (то есть для борьбы с инфекциями эти муравьи применяют коллективное оружие).  Как только в гнездо попадали инфицированные муравьи, их здоровые соплеменники тут же кидались на выручку и принимались очищать брюшко больных от вредоносных спор грибка. Любопытно, что при этом те особи, которые были заражены вторично, двигали лапками ещё активнее, из всех сил пытаясь спасти, таким образом, как можно большее число своих собратьев. Получается, что социальный иммунитет муравьи приобретают в самом процессе инфицирования, и чем больше инфекционных атак, тем быстрее совершенствуется защитная реакция. Том Уолкер и Вильям Хагхес обращают наше внимание на то, что в этом механизм работы иммунитета листорезов и позвоночных животных (например, человека) совпадает.

К сожалению, на сегодняшний день мировая энтомология ещё не поняла, является ли особенной каждая отдельная реакция на заражение и какие молекулярные механизмы лежат в основе таких поведенческих реакций. Разобравшись в этом вопросе, можно будет с уверенностью сказать, на самом ли деле одинаковы иммунные системы насекомых и позвоночных животных.

Пожелаем же учёным чаще приезжать в Панаму для совершения своих опытов, которые будут полезны всему мировому сообществу
Автор: Сеньорита Омелитта