Когда вы заболели простудой или гриппом, вы можете предпочесть держаться на расстоянии от других людей, чтобы избавить их от столь же легкомысленной участи, а они, в свою очередь, могут держаться подальше от вас. Согласно новому исследованию, люди не одиноки в своих попытках изолировать больных. В присутствии заразных болезнетворных микроорганизмов скромные садовые муравьи могут также изменить свое поведение, чтобы держать зараженных животных вдали от других членов колонии.
Муравьи - социальные существа. Они живут большими группами, общаясь и сотрудничая друг с другом, чтобы убедиться, что колония функционирует должным образом. Поскольку муравьи часто находятся в тесном контакте, они также уязвимы для инфекционных заболеваний. Исследования показали, что муравьи способны держать болезнь в страхе с помощью ряда гигиенических механизмов, таких как удаление мусора и тел погибших членов колонии из их гнезд. Ученые подозревали, что насекомые могут также изменить свое социальное поведение, чтобы уменьшить распространение инфекций, но до недавнего времени эту гипотезу было трудно доказать.
«В муравьиных колониях сотни людей», - объясняет Натали Строймейт, научный сотрудник Университета Лозанны в Швейцарии, изучающий коллективное поведение в муравьиных колониях. «До сих пор не было технической методологии для измерения их взаимодействия на уровне колонии в течение длительных периодов времени».
К счастью, автоматизированная система отслеживания, разработанная швейцарскими исследователями в 2013 году, позволила Строймейт и ее коллегам детально изучить, как ведут себя 22 колонии муравьев, выращенных в лабораторных условиях, когда болезнь просачивается в их среде. Команда приклеила крошечные двумерные штрих-коды на грудную клетку муравьев, что дало каждому насекомому уникальный идентификатор - «как QR-код», - говорит Строймейт. Камера, расположенная над вольерами муравьев, каждую секунду делала два снимка, и алгоритм обнаруживал и записывал положение каждого штрих-кода, предоставляя исследователям множество данных о движениях муравьев.
В течение четырех дней команда позволяла муравьям суетиться в своем вольере без помех. Как и в колониях в дикой природе, некоторые муравьи работали вне гнезда, чтобы добывать пищу, в то время как другие - например, королева и «медсестры», которые имеют тенденцию к развитию выводка, - оставались внутри гнезда. На пятый день исследователи выявили некоторые, но не все из фуражиров из 11 колоний, для гриба Metarhizium brunneum, который часто встречается в почве мест обитания садовых муравьев и, как известно, делает их больными. Фуражиры из других 11 колоний были обработаны доброкачественным раствором, чтобы служить контрольной группой.
Важно отметить, что предыдущие исследования показали, что грибку M. brunneum требуется не менее 24 часов для заражения муравьев, что, в свою очередь, дало исследователям время для наблюдения за насекомыми, прежде чем они действительно заболели.
«Мы хотели сосредоточиться на [этом] периоде… чтобы мы могли отличить активную реакцию самих муравьев от побочных эффектов болезни или манипуляций с паразитами», - объясняет Строймейт.
В журнале « Наука» ученые сообщают, что, когда фуражиры были возвращены в их вольер, зараженные муравьи проводили больше времени за пределами гнезда, а это означало, что у них было меньше контактов с наиболее ценными членами колонии: королевой, которая откладывает все яиц колонии и рабочих, которые моложе фуражиров и поэтому имеют больше часов, чтобы внести свой вклад в колонию. (Старшим муравьям поручают рискованные поиски пищи вне гнезда, потому что, как прямо скажет Строймейт, они «все равно умрут».)
Но суть исследования заключается в том, что зараженные муравьи были не единственными, кто изменил свое поведение. Фуражиры, которые не подвергались воздействию грибка, также увеличивали время, проведенное вдали от гнезда. А медсестры внутри гнезда двигали детенышей дальше внутрь и проводили больше времени, перекрывая их, что «можно рассматривать как пространственную изоляцию от фуражиров», говорит Строймейт.
Как колония узнала, что может начать профилактику болезней еще до того, как споры грибов заразили некоторых фуражиров? Исследователи не уверены, но острое обоняние муравьев может быть ключевым. Муравьи обнюхивают свои антенны, которые постоянно касаются и исследуют окружающую среду насекомых. По мнению Строймейта, вполне возможно, что муравей сможет обнаружить гнойный гриб на одном из членов своей колонии так же легко, как и запах собственного патогенного организма.
Почему незагрязненные фуражиры также сократили время, проведенное в гнезде, - другой интересный вопрос. Будучи первой линией контакта со своими близкими по работе коллегами, они, возможно, каким-то образом знали, что держатся подальше от важных членов колонии. Но также возможно, что, обнаружив патогены на своих собратьях, они просто потратили больше времени на лечение загрязненных рабочих вне гнезда. Муравьи вырабатывают муравьиную кислоту через железу на кончике желудка или живота; они могут убивать грибковые споры друг на друга, собирая муравьиную кислоту во рту и облизывая тела своих возбудителей, обремененных патогенами.
Хотя исследователи зафиксировали меньшее количество взаимодействий между фуражировщиками и домашними работниками, контакт не прекратился полностью - и это привело к еще одному интересному открытию. Когда они использовали моделирование, чтобы смоделировать, как грибковые патогены распространяются по всей колонии перед лицом социальной сети муравьев, исследователи обнаружили, что вероятность того, что королева и медсестры могут получить потенциально смертельную нагрузку на гриб, снизилась, но вероятность эти важные муравьи, получающие низкую нагрузку, поднялись.
«Это похоже на иммунизацию или вакцинацию людей», - объясняет Строймейт. «Эти низкие дозы не приводят к смертности, но они позволяют муравью выработать некую защиту от последующего воздействия того же патогена. Это [открытие] также является чем-то совершенно новым ».
Двигаясь вперед, Строймейт планирует исследовать, как патогенные микроорганизмы вызывают социальные изменения в колониях диких муравьев, которые могут исчисляться сотнями тысяч; она подозревает, что разделение между работниками в помещениях и на улице может быть еще более выраженным в этих больших группах.
Меган Фредериксон, доцент кафедры экологии и эволюционной биологии в Университете Торонто, которая не была вовлечена в новое исследование, называет выводы исследователей «новым и интересным открытием», сделанным «передовыми методами». Она добавляет, что Подобная технология может помочь ученым изучить, могут ли муравьи изменять свои социальные сети, чтобы передавать полезные микробы друг другу. А Фредериксон считает, что «значение [исследования] выходит за рамки муравьев».
«Интересно, - размышляет она, - как часто другие социальные животные реорганизуют свои сети, чтобы ограничить распространение болезней».
