Одна матка в тропических лесах, огромные колонии в пустынях и однотипные рабочие особи в регионах с умеренным климатом — социальная структура муравьиных сообществ напрямую зависит от условий окружающей среды. Это впервые доказало исследование, проведенное на кафедре экологии и эволюции Лозаннского университета (Швейцария). Результаты работы, охватившей тысячи видов, опубликованы в журнале PNAS. Ранее мы рассказывали о растении, которое имитирует запах раненых муравьев. 

Муравьи — удивительные путешественники, заселившие все континенты, кроме Антарктиды. Немногие животные смогли приспособиться к такому разнообразию климатов и ландшафтов. Этот экологический успех во многом объясняется их сложной социальной организацией. Однако эта самая «социальность» может принимать кардинально разные формы. Одни виды живут небольшими семьями в несколько десятков особей, другие создают настоящие мегаполисы с миллионами жителей. Где-то правит единственная матка, а где-то в колонии может быть несколько сотен размножающихся самок. У одних муравьев все рабочие выглядят и ведут себя примерно одинаково, а у других существует строгое разделение на «касты»: солдаты с мощными челюстями защищают гнездо, фуражиры ищут пищу, а более мелкие особи ухаживают за потомством. К слову, муравьи входят в топ-10 самых сильных животных на Земле. 

Типы «муравьиного государства»

Исследовательская группа под руководством Клео Бертельсмайер, доцента кафедры экологии и эволюции, решила выяснить, как именно условия среды формируют эти различия. Ученые проанализировали данные по 3299 видам муравьев, чтобы понять, как по планете распределены три ключевые социальные характеристики: размер колонии, число маток и различия рабочих особей по строению тела.

Сгруппировав виды по этим признакам, биологи выделили три основных типа муравьиных сообществ. Затем они подсчитали, насколько часто каждый тип встречается в разных биомах — крупных регионах со сходным климатом, почвой и растительностью, например, в тропических лесах, пустынях или умеренных широтах.

Одни и те же типы социальной организации независимо возникали в сходных средах обитания, даже на разных континентах. Это доказывает мощное влияние климата и экологии на эволюцию общественного устройства.

Тропики: одна королева и много рабочих

Первый тип — это небольшие колонии с одной маткой, но с рабочими особями разных форм и размеров. Такая организация преобладает в жарких и влажных тропиках, где сезонные колебания температуры почти отсутствуют.

«В этих широтах невероятно высоки разнообразие и численность самих муравьев, — объясняет Эдди Перошон. — Это усиливает конкуренцию за пространство, особенно за места для гнезд, что благоприятствует формированию небольших, но высокоспециализированных сообществ. Наличие нескольких каст рабочих позволяет таким колониям эффективнее использовать широкий спектр доступных ресурсов».

Стабильный тропический климат делает рискованное предприятие — основание новой колонии одной-единственной маткой — более осуществимым. Муравьи, как и другие насекомые, относятся к пойкилотермным животным: температура их тела зависит от окружающей среды. Поэтому в стабильных условиях шансы королевы-основательницы на успех выше, что закрепляет стратегию с одной маткой.

Пустыни: гигантские колонии с кастами

Второй тип — это крупные колонии с множеством маток и ярко выраженным разделением рабочих на касты. Эта модель доминирует в суровых условиях пустынь. Почему здесь выгодно жить большими коллективами? В засушливых местах, где пищи мало, а конкуренция за нее жесткая, специализация рабочих позволяет максимально эффективно добывать и использовать каждый найденный ресурс. Кроме того, жизнь в большом сообществе снижает индивидуальные риски. Каждому рабочему муравью приходится проводить меньше времени в опасной внешней среде, что уменьшает шансы стать добычей или погибнуть от обезвоживания под палящим солнцем.

Основание нового гнезда в пустыне, где перепады температур между днем и ночью могут достигать 50 °C, — чрезвычайно рискованное предприятие. Стратегия «вместе мы сильнее» оказывается эволюционно выигрышной: несколько маток, объединивших усилия, имеют гораздо больше шансов успешно создать новую колонию, чем одиночка.

Умеренный климат: универсальные рабочие и несколько маток

Третий тип сообществ характерен для регионов с умеренным климатом, где ярко выражена смена времен года. Здесь колонии часто имеют несколько маток, но при этом все рабочие особи морфологически однородны, без выраженных каст. Такие сообщества встречаются от Европы до Японии, а также в некоторых частях Южного полушария — в Новой Зеландии и на юге Чили.

Как и в пустынях, суровые условия — в данном случае сильные сезонные колебания — делают основную миссию матки-одиночки крайне рискованной. Это вновь способствует развитию полигинии, то есть наличию нескольких размножающихся самок в одном гнезде. А вот сезонность диктует свои правила для рабочих. Когда источники пищи радикально меняются от весны к осени, быть узким специалистом опасно.

«В условиях, где ресурсы могут внезапно исчезнуть, лучше быть универсальным солдатом, чем виртуозом в одном деле, — резюмирует Клео Бертельсмайер. — Мономорфизм, то есть единообразие рабочих, дает колонии гибкость и позволяет быстро перестраивать трудовые задачи в ответ на изменения».

Таким образом, окружающая среда действует как фильтр, благоприятствуя развитию одних типов социальной организации и подавляя другие. В результате в ходе эволюции схожие муравьиные «государства» независимо возникали в самых разных уголках планеты, но только там, где условия ставили перед ними одинаковые задачи.