Поиск
x
Спецпроект «Россия без мусора»
Насекомые

Муравьи из Центральной Америки обзавелись минеральной броней для защиты от врагов и патогенов

National Geographic Россия
25 ноября 2020
Acromyrmex echinatior
Фото: Hongjie Li
Эти структуры напоминают биоминеральные скелеты ракообразных.

Группа исследователей из Висконсинского университета в Мэдисоне обнаружила, что тело муравьев-листорезов вида Acromyrmex echinatior покрыто не только хитином, но и уникальной биоминеральной броней из кальция и магния. Ничего похожего у насекомых раньше не находили.

Эти муравьи обитают преимущественно в Центральной Америке и в южной части Мексики. Их крупные популяции обнаруживались в таких странах как Коста-Рика, Панама и Никарагуа. Насекомые живут колониями, насчитывающими несколько сотен тысяч особей, которые делятся на четыре касты, в том числе рабочих-фермеров, ухаживающих за грибными «садами» и растущими личинками, а также муравьев-солдат, защищающих колонию от набегов соседних колоний и других видов муравьев. 

По словам ведущего автора исследования Кэмерона Карри, открытие было сделано во многом случайно. Его лаборатория изучала взаимодействия между муравьями и их внешними микробами, которые, как считается, играют ключевую роль в агротехнике муравьев, и обнаружила белый блеск на экзоскелете рабочих особей.

Это покрытие необходимо было снять, чтобы исследователи могли более подробно изучить структуру экзоскелета. Поэтому Карри поручил биологу-эволюционисту Хунцзе Ли найти способ сделать это. Некоторое время Ли не удавалось отделить покрытие от муравьев, но во время чистки зубов его осенило: решением оказалась жидкость для полоскания рта. Она помогает удалять всевозможные остатки пищи, не повреждая язык, и растворяет минеральные отложения на зубах.

«Защитные структуры на основе минералов кальция встречаются у самых разных живых существ, однако у насекомых мы никогда раньше не встречали подобную броню. Мы обнаружили, что тело муравьев-листорезов вида Acromyrmex echinatior защищено биоминеральным панцирем из кальцита. По мере их взросления он становится все толще», — авторы исследования.

Жидкость сделала свое дело, а также дала команде первый ключ к пониманию того, что покрытие имеет минеральную природу. Дальнейшие химические, рентгеновские и микроскопические исследования покрытия выявили тонкий слой кальцита с высоким содержанием магния.

Чтобы увидеть, насколько насекомых защищает броня, исследователи проверили твердость экзоскелета, протыкая бронированные и небронированные части муравьев, пока в хитине не образовывалось углубление. Ученые обнаружили, что несмотря на то, что толщина кальцитового покрытия составляет всего 7 процентов от общей толщины экзоскелета, его твердость удваивается.

_-.png
Caitlin M. Carlson Благодаря тонкому слою кальцита (показан крупным планом справа) на экзоскелете, маленький рабочий муравей Acromyrmex echinatior способен выдерживать атаки гораздо более крупного солдата Atta cephalotes

Происхождение брони неизвестно, однако Карри подозревает, что в этом изобретении могут быть замешаны бактерии. Если это так, то обнаруженная защита муравьев может быть еще одним способом, с помощью которого их микробиом влияет на выживание трудолюбивых насекомых. 

Команда также проверила, насколько хорошо броня защищает муравьев в боях с другими, более крупными видами муравьев. Исследователи выставляли тройки рабочих Ас. echinatior с броней и без нее против муравья-солдата вида Atta cephalotes.

«В открытом бою со значительно более крупными и сильными солдатами At. Cephalotes муравьи с биоминерализованной броней теряли значительно меньше частей тела и имели значительно более высокие показатели выживаемости по сравнению с муравьями без такой защиты», — авторы исследования.

Ученые также обнаружили, что муравьи без брони с гораздо большей вероятностью заражались грибком Metarhizium anisopliae, атакующим насекомых.

Хотя исследователи не могут ответить на вопрос, как этот вид муравьев-листорезов развил это покрытие, команда считает, что это, вероятно, не единственное насекомое, которое разработало такую ​​защиту.

«Учитывая, что муравьи, выращивающие грибы, являются одними из наиболее широко изученных тропических насекомых, наше открытие предполагает интригующую возможность того, что биоминерализация кальцита с высоким содержанием магния может быть более широко распространена среди насекомых, чем предполагалось ранее, что указывает на многообещающие перспективы будущих исследований», — пишут авторы работы. 

Карри планирует изучить и других муравьев в надежде определить, насколько широко распространен феномен брони. По его словам, выяснение того, как образуется тонкое, но прочное покрытие, однажды может оказаться полезным для людей при разработке защитных покрытий для различных материалов. 

Почитайте о броне рыбы-арапаимы, спасающей даже от пираний. 

рекомендации
Фотоаппарат generic icon

Правила съемок: «National Geographic Россия» тестирует камеру для путешествий

Звезда

Муравьи-рабы и их рабовладельцы

Telegram

У нас есть классный канал в Телеграме – присоединяйтесь!

Instagram

У нас очень красивый Инстаграм – подписывайтесь!