Эти муравьи не просто ходят беспорядочно, они «бродят» систематически

Если вы когда-нибудь наблюдали за муравьями в поисках пищи, вы, вероятно, предполагали, что они просто беспорядочно ходят по земле. Но исследование ученых, опубликованное 30 января в журнале iScience, показало, что по крайней мере один вид каменных муравьев вовсе не ходит беспорядочно. Вместо этого в их поисках сочетаются систематические блуждания с перемежающимися случайными прогулками.

Эти муравьи не просто ходят беспорядочно, они «бродят» систематически

«Ранее исследователи в этой области предполагали, что муравьи движутся чисто случайным образом при поиске целей, местоположение которых им неизвестно», – сказал Стефан Попп из Университета Аризоны в Тусоне. «Мы обнаружили, что скальные муравьи, Temnothorax rugatulus, демонстрируют поразительный, регулярный характер передвижения при исследовании территории вокруг своих гнезд. Это означает, что муравьи плавно чередуют левые и правые повороты на относительно регулярной шкале длины, равной примерно трем длинам тела».

Эти муравьи не просто ходят беспорядочно, они «бродят» систематически

Он объясняет, что он и его коллеги называют такое поведение «меандрированием», потому что оно напоминает им узор, образуемый меандрирующей рекой. Более того, их исследование показало, что меандрирование муравьев может сделать их поиск более эффективным, чем чисто случайный поиск. Это связано с тем, что при меандрировании муравьи реже пересекают свои собственные пути, чем при случайном поиске, поэтому они реже ищут одну и ту же область дважды.

Эти муравьи не просто ходят беспорядочно, они «бродят» систематически

Команда Поппа задалась целью изучить, как муравьи реагируют на сородичей и структуру поверхности в масштабах колонии. Поскольку следить за муравьями в естественной среде сложно, они перенесли целую колонию в лабораторию, где можно было легко отслеживать всех муравьев автоматически и в постоянных условиях.

Эти муравьи не просто ходят беспорядочно, они «бродят» систематически

Вскоре они заметили, что муравьи ходят по кругу. Сразу же возник вопрос: могли ли наблюдаемые ими узоры возникнуть из случайных загогулин, без каких-либо систематических правил? Или муравьи двигались более систематическим, неслучайным образом? Чтобы выяснить это, они сравнили муравьиные следы с имитированными на компьютере моделями случайных прогулок.

Эти муравьи не просто ходят беспорядочно, они «бродят» систематически

«Мы хотели убедиться, что не видим закономерностей там, где их нет», – сказал Попп. «Затем мы использовали простой статистический метод выявления регулярности в следах движения, чтобы получить простой ответ».

Эти муравьи не просто ходят беспорядочно, они «бродят» систематически

Они сообщают, что в результате проведенных исследований 78% муравьев показали значительную отрицательную автокорреляцию в районе 10 мм, или около 3 длин тела. Это означает, что за поворотами в одном направлении обычно следуют повороты в противоположном направлении через примерно постоянное расстояние. По их словам, это, вероятно, делает поиск муравьев более эффективным, поскольку насекомые могут оставаться рядом с гнездом, не обыскивая одни и те же места. Попп говорит, что его больше всего заинтриговали экстремальные формы, которые могут принимать муравьиные следы, исходя из этих простых принципов.

Эти муравьи не просто ходят беспорядочно, они «бродят» систематически

«Части некоторых дорожек похожи на скрученные нити, которые можно вытянуть из одежды, а некоторые выглядят так, будто извилистый путь меандрирует сам по себе, – говорит он, – создавая кажущуюся фрактальную структуру. Это напоминает мне некоторые кривые, заполняющие пространство, которые мы знаем из математики!».

Эти муравьи не просто ходят беспорядочно, они «бродят» систематически

Новое исследование является первым, в котором обнаружены доказательства эффективного поиска с помощью регулярного меандрирования у свободно ищущего животного, сообщают они. Оно также добавляет еще одно сложное поведение муравьев, предполагая, что еще многое предстоит узнать.

Эти муравьи не просто ходят беспорядочно, они «бродят» систематически

Попп говорит, что его больше всего интересуют вопросы о правилах в голове муравья, которые позволяют возникать таким сложным моделям поиска. Он также отмечает, что муравьи в ходе эволюции решили проблему коллективного поиска таким образом, что это может найти применение для создания автономных роев поисковых роботов или беспилотников для использования в зонах бедствий или неизученных ландшафтах.

Cell Press

В нашем доме поселился замечательный сосед (моль, муравьи и иже с ними)

У нас обычные рыжие ходят ((

Наверное дом построили на муравейнике

Раскрытие сложной нейрохимии муравьев

Новое понимание сложной нейрохимии муравьев

Муравьи, несмотря на свои миниатюрные размеры, демонстрируют поразительный уровень сложности в своем поведении и социальной организации. Эта сложность во многом обусловлена сложной структурой их мозга, который координирует такие сложные формы поведения, как организация колонии. Группа исследователей во главе с Кристианом Грубером из Института фармакологии Венского университета разработала новый метод изучения нейрохимических тонкостей мозга муравьев. Этот новаторский подход обеспечивает беспрецедентное понимание нейробиологических процессов этих насекомых, потенциально проясняя эволюцию социального поведения в животном мире и освещая биохимию определенных гормональных систем, которые развивались одинаково у муравьев и людей.

Новый подход к изучению нейрохимии муравьев

В исследовании использовалась комбинация масс-спектрометрической визуализации высокого разрешения (MSI) и микрокомпьютерной томографии (µCT) для составления трехмерной карты распределения нейропептидов в мозге двух видов муравьев: муравья-листореза (Atta sexdens) и черного садового муравья (Lasius niger). Этот инновационный метод позволил исследователям визуализировать нейрохимический ландшафт мозга муравьев в беспрецедентных деталях.

Исследовательская группа, в которую вошли ученые из Венского университета MedUni, Института морской микробиологии Макса Планка в Бремене и Бременского университета, разработала этот новый метод специально для изучения мозга социальных насекомых, размер которого составляет всего несколько миллиметров. Этот подход может сыграть решающую роль в будущих исследованиях фундаментальных нейробиологических процессов.

Интеграция химических данных в анатомические модели высокой четкости

Метод исследователей интегрирует трехмерные химические данные в анатомическую модель высокой четкости. Это позволяет непредвзято визуализировать трехмерную нейрохимию в конкретном анатомическом контексте. Исследование, опубликованное в журнале PNAS Nexus, показало, что некоторые муравьиные пептиды, такие как связанные с тахикинином пептиды TK1 и TK4, широко распространены во многих областях мозга обоих видов. И наоборот, другие пептиды, включая миосупрессин, локализованы в определенных областях.

Интересно, что исследователи также наблюдали межвидовые различия в распределении пептидов. В зрительной доле L. niger было обнаружено множество пептидов, в то время как у A. sexdens в той же области был обнаружен только один пептид, ITG-подобный пептид.

Сила корреляционного анализа данных

Ключевой особенностью нового метода является корреляционный подход к анализу данных. Он заключается в точном сопоставлении трехмерных карт распределения нейропептидов и трехмерных анатомических моделей, создавая две взаимодополняющие карты, которые облегчают навигацию по мозгу муравьев. Каждая карта предоставляет отдельную информацию, что очень важно для изучения органов с высокой пластичностью, таких как мозг социальных насекомых. Эти мозги особенно сложны для анализа из-за сложного разделения труда и кастовой системы в муравьиных колониях.

Перспективный метод изучения фундаментальных нейробиологических процессов

Этот подход, основанный на предыдущих исследованиях МС визуализации нейропептидов в модельных системах беспозвоночных, представляет собой перспективный метод для изучения фундаментальных нейробиологических процессов. Он позволяет визуализировать трехмерную нейрохимию без искажений в ее сложном анатомическом окружении.

Последствия и будущие направления

Результаты данного исследования способны произвести революцию в изучении сложных нейробиологических процессов. Новый метод открывает новые возможности для более пристального наблюдения за мозгом социальных насекомых и более глубокого понимания нервных систем, в которых химия и анатомия тесно переплетены.

С точки зрения нейробиологии, муравьи служат модельным видом. Учитывая чрезвычайно сложную структуру муравьиных колоний, этот метод может быть применен в будущем для изучения различных факторов, включая эволюцию социального поведения в животном мире или биохимию определенных гормональных систем, которые развиваются одинаково у муравьев и людей.

Роль муравьев как модельного вида в нейробиологии

Муравьи, благодаря своей сложной социальной структуре и поведению, служат идеальным модельным видом для нейробиологических исследований. Сложные структуры муравьиных колоний дают уникальную возможность понять различные факторы, включая эволюцию социального поведения в животном мире. Кроме того, с помощью этого метода можно изучить биохимию некоторых гормональных систем, которые одинаково развиваются у муравьев и людей.

Потенциальное влияние этого исследования

Потенциальное влияние этого исследования далеко идущее. Обеспечивая более глубокое понимание нейробиологических процессов у муравьев, это исследование может пролить свет на эволюцию социального поведения во всем животном мире. Кроме того, оно может дать представление о биохимии некоторых гормональных систем, которые одинаково развивались у муравьев и людей. Эти сведения могут иметь значительные последствия для нашего понимания нейробиологии и социального поведения.

Заключение

В заключение следует отметить, что исследование, проведенное Кристианом Грубером и его командой, открыло новые пути в изучении сложной нейрохимии муравьев. Разработав новый метод, объединяющий масс-спектрометрическую визуализацию высокого разрешения (MSI) и микрокомпьютерную томографию (µCT), исследователи получили беспрецедентное представление о нейробиологических процессах муравьев. Это исследование не только улучшает наше понимание нейробиологии муравьев, но и может пролить свет на эволюцию социального поведения в животном мире и биохимию некоторых гормональных систем, которые одинаково развивались у муравьев и людей. Продолжая углубляться в сложный мир муравьев, мы можем рассчитывать на новые революционные открытия, которые могут изменить наше понимание нейробиологии и социального поведения.

Medical University of Vienna