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 клешнями за петиоль другого, и так далее. Когда лист оказывается достаточно свернут, муравей с личинкой в клешнях проходит по его краю и закрепляет форму шелком. Слаженная командная работа позволяет муравьям-портным сооружать гнезда размерами до полуметра, задействуя вплоть до 300 листьев.
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.
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).
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 клешни-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.
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.