Пустынные муравьи (Cataglyphis) проводят первые недели своей жизни исключительно в своем темном подземном гнезде. Примерно четыре недели они ухаживают за королевой и выводком, роют туннели, строят камеры или убираются. В какой-то момент они покидают гнездо, чтобы начать свою карьеру на открытом воздухе, работая собирателями до самой смерти.
Пируэты впереди
Прежде чем муравей отправится на поиски корма, он должен откалибровать свою навигационную систему. С этой целью насекомые в течение двух-трех дней проявляют довольно своеобразное поведение: они совершают так называемые учебные прогулки, чтобы исследовать окрестности входа в гнездо, и при этом часто поворачиваются вокруг своей вертикальной оси тела. Высокоскоростные видеозаписи показывают, что муравьи неоднократно останавливаются во время этих пируэтов. Что особенного в самой продолжительной из этих фаз остановки, так это то, что в этот момент муравьи всегда оглядываются точно на вход в гнездо, хотя они не могут видеть крошечную дыру в земле.
Исследователи из Биоцентра Вюрцбургского университета сделали удивительное открытие: пустынный муравей использует магнитное поле Земли в качестве ориентира во время калибровочных поездок. Ранее эта способность была неизвестна пустынным муравьям.
Полин Флейшманн и Робин Гроб, научные сотрудники профессора Вольфганга Рёсслера, заведующего кафедрой зоологии II в Биоцентре Вюрцбургского университета, провели испытания летом 2017 года. Ученые разработали эксперимент вместе с Профессор Рюдигер Венер из Института исследования мозга Цюрихского университета и физик Валентин Мюллер из Вюрцбургского университета. Результаты своих исследований они представляют в текущем выпуске журнала Current Biology.
Пока они добывают пищу, пустынные муравьи удаляются на несколько сотен метров от своего гнезда, следуя синусоидальному пути, который включает в себя более крупные петли. Найдя пищу, они возвращаются ко входу в гнездо по прямой линии, Вольфганг Рёсслер описывает удивительные навигационные способности муравьев. Исследователи уже знали, что муравьи полагаются на положение солнца и ориентиры в качестве ориентиров и объединяют эту информацию с пройденными шагами.
Эксперименты в Греции
Недавние результаты исследований показали, однако, что пустынный муравей также оглядывается на вход в гнездо во время своих учебных прогулок в отсутствие солнечной информации или сигналов ландшафта. «Это породило идею о том, что насекомые могут ориентироваться, используя магнитное поле Земли в качестве ориентира, как это делают некоторые птицы», - говорит Полин Флейшманн.
Чтобы подтвердить свою гипотезу, исследователи отправились на юг Греции, где обитают муравьи-катаглифы. Они взяли с собой пару катушек Гельмгольца высотой 1,5 м. Определенный ток, проходящий через катушки, создает почти однородное, точно известное магнитное поле между катушками. Это позволило исследователям изучить поведение пустынных муравьев во время их учебных прогулок в их естественной среде обитания в контролируемых условиях.
Удивительный результат
Результат был однозначным: когда ученые изменили ориентацию магнитного поля, муравьи пустыни больше не смотрели в сторону настоящего входа в гнездо, а смотрели в предсказуемое новое место - воображаемый вход в гнездо. «Интеграция их пути дает им новый вектор к гнезду на основе информации о магнитном поле», - объясняет Вольфганг Рёсслер. Ученые признаются, что были удивлены этим открытием. Они говорят, что, хотя известно, что отдельные виды муравьев реагируют на изменения магнитного поля при определенных условиях, необходимость и отчетливое влияние на навигацию у муравьев-катаглифов оказались неожиданными.
С этим результатом исследователи «открыли новую дверь, которая поднимает много дополнительных вопросов». Один из них: «Когда пустынные муравьи используют свое магнитное чутье?» Вполне может быть, что они полагаются на него уже в первые недели своей жизни, которые проводят под землей. Ведь в полной темноте навигационное пособие может оказаться весьма полезным. Но на данный момент это только гипотеза.
Интересно для неврологии, информатики и робототехники
Второй вопрос, который хотят решить ученые, заключается в том, как и переключаются ли муравьи между различными навигационными сигналами - положением солнца, ориентирами и магнитным полем. Уже известно, что опытные собиратели повторно обучаются прогулкам, когда они вынуждены это делать, например, меняя обстановку у входа в гнездо. Однако неясно, полагаются ли они в этом случае снова на сигналы магнитного поля или используют свой солнечный компас, как во время походов за пищей.
И, в конечном счете, возникает главный вопрос о том, где находится датчик магнитного поля и как он работает. По словам Вольфганга Рёсслера, этот вопрос уводит вас вглубь области ориентационных и навигационных исследований у насекомых. Как сравнительно небольшому муравьиному мозгу удается хранить навигационную информацию о положении солнца, магнитном поле и ориентирах и интегрировать эту информацию с данными о расстоянии от их счетчика шагов? Рёсслер считает, что этот вопрос выходит далеко за рамки поведенческих исследований и неврологии и представляет большой интерес также для информатики и робототехники.