Упорная работа и единство: как муравьи переносят грузы тяжелее себя?

Пост опубликован в блогах iXBT.com, его автор не имеет отношения к редакции iXBT.com

Представьте, что вы просыпаетесь утром и вам нужно сдвинуть с места грузовик, чтобы добраться до работы. Звучит абсурдно? Для муравья это обычный понедельник. Эти маленькие создания способны тащить грузы, которые в десять-пятьдесят раз превышают вес их собственного тела.

Автор: vecstock Источник: www.magnific.com

А если речь заходит о пределе прочности — цифры становятся ещё более удивительными.

Секрет в масштабе

Главный ответ на вопрос «почему муравьи такие сильные» кроется не в каких-то особенных мышцах, а в законе физики, который называется квадратно-кубическим. Когда организм уменьшается в размерах, его объём и масса падают пропорционально кубу линейных размеров, а площадь поперечного сечения мышц — всего лишь пропорционально квадрату.

Это значит, что у крошечного муравья мышцы значительно толще относительно массы тела, чем у любого крупного животного. Проще говоря, чем ты меньше, тем больше груза можешь поднять относительно собственного веса.

Муравей весит от одного до пяти миллиграммов. При такой массе его мускулатура составляет едва ли не всю внутреннюю начинку тела — жировой ткани и внутренних органов у него минимум. Каждый шаг — это работа почти чистого мышечного волокна.

Шейный узел, который выдерживает невозможное

В 2014 году исследователи из Университета штата Огайо решили проверить, какой предел прочности у муравьиного шейного сустава — того места, где голова соединяется с телом. Они взяли луговых муравьёв вида Formica exsectoides и прикрепили их к микроиспытательной машине, постепенно увеличивая нагрузку.

Автор: wirestock Источник: www.magnific.com

Результаты опубликовали в Journal of Biomechanics, и они потрясли научное сообщество. Шейный сустав муравья выдерживал нагрузку, в пять тысяч раз превышающую массу его тела. Если пересчитать на человека, это означало бы, что ваша шея способна удержать несколько сотен тонн.

Исследователи также выяснили, что максимальная прочность достигается, когда голова муравья расположена строго в одной оси с направлением нагрузки. Стоит голове отклониться — и предел прочности резко падает. Это объясняет, почему муравьи в природе так аккуратно выравнивают груз перед тем, как тащить его.

Как они это делают на практике

В реальных условиях муравьи редко поднимают свои теоретические максимумы. Контрольные эксперименты с муравьями-листорезами показали, что в процессе фуражировки они несут примерно в девять раз больше собственного веса — листья, кусочки плодов, семена. Этого более чем достаточно, чтобы прокормить колонию из сотен тысяч сородичей.

Но природа ставит перед ними задачи и посложнее. Наблюдения энтомологов фиксировали, как муравьи перетаскивали мёртвых птенцов и крупных кузнечиков — грузы, превышающие их массу в тысячу раз. В таких случаях работает коллектив. Несколько муравьёв сцепляются с добычей под разными углами, тянут согласованно и используют инерцию, чтобы сдвинуть непосильную, казалось бы, ношу.

Ещё один трюк — сцепление с поверхностью. Подушечки на лапках муравья выделяют липкий секрет, а коготки цепляются за мельчайшие неровности. Благодаря этому муравей может тянуть груз по вертикальной поверхности и даже потолку, не соскальзывая под весом ноши.

Что именно таскают муравьи

Когда мы говорим о муравьиной силе, абстрактные цифры вроде «в десять раз тяжелее тела» звучат впечатляюще, но не дают полной картины.

Самые известные грузчики в мире насекомых — муравьи-листорезы. Эти создания живут в Центральной и Южной Америке и прославились тем, что срезают куски листьев и несут их в гнездо.

Автор: vecstock Источник: www.magnific.com

Исследования показали, что рабочие особи переносят фрагменты листьев на расстояние до ста метров от места срезки до входа в гнездо. Каждый кусочек листа весит примерно в десять-двадцать раз больше самого муравья.

Рыжие лесные муравьи строят огромные сооружения из хвои, веточек, почвы и растительных остатков. Каждый муравей-строитель таскает иголки и щепки, вес которых в десять-пятнадцать раз превышает его собственный. Но масштабы строительства поражают — муравейник может достигать двух метров в высоту и содержать миллионы тонн строительного материала.

Муравьи-землекопы проделывают километры подземных тоннелей, вынося на поверхность частицы почвы. Каждая песчинка или комочек земли может весить в двадцать-тридцать раз больше муравья. Но настоящая работа начинается, когда нужно расширить камеру или углубить ход — тогда муравьи таскают более крупные камни и комья земли, вес которых достигает пятидесятикратной массы тела.

В дикой природе муравьи — санитары леса. Они не только охотятся на живую добычу, но и убирают мёртвых животных, очищая экосистему. Наблюдения энтомологов фиксировали поразительные сцены — колонии муравьёв перетаскивали мёртвых кузнечиков, вес которых превышал массу отдельного муравья в тысячу раз.

Автор: wirestock Источник: www.magnific.com

Но самые впечатляющие случаи связаны с переносом мёртвых птенцов. Научные наблюдения записали, как муравьи утаскивали тела птенцов, выпавших из гнёзд. Масса такого груза может в тысячу и более раз превышать вес одного муравья. Это не под силу одиночке — здесь работает коллективная сила. Десятки, а иногда и сотни муравьёв сцепляются с добычей, тянут согласованно и используют инерцию, чтобы сдвинуть непосильную ношу.

Одиночный муравей силён, но муравейник — это уже сверхорганизм. Колония рыжих лесных муравьёв может поднимать и переносить тонны почвы, хвои и строительного материала. Каждый муравей выполняет свою задачу, но общий результат многократно превосходит простую сумму индивидуальных усилий.

Заключение

Учёные называют это эмерджентностью — свойством системы, при котором целое оказывается больше суммы своих частей.

Автор: wirestock Источник: www.magnific.com

Секрет успеха — в координации. Муравьи не тянут в разные стороны — они работают как единый механизм, распределяя нагрузку и используя рычаги. Некоторые муравьи толкают сзади, другие тянут спереди, третьи цепляются по бокам, стабилизируя груз. Это не хаотичная толпа — это слаженная команда, где каждый знает свою роль.

Изображение в превью:
Автор: vecstock
Источник: www.magnific.com
Автор не входит в состав редакции iXBT.com (подробнее »)
Об авторе
Коммунист, эссеист, евангелист, пародист, оккультист, лоялист. А если без шуток, то человек, искренне горящий играми и считающий, что игровая индустрия мелкой поступью движется в прекрасное будущее. На своей эре поведал сказку имени PlayStation 2, невероятный успех Xbox 360, величие The Witcher 3 и грустное падение Ubisoft в бездну. Пишу про игры и кино, графомански отсылаясь к литературе, искусству и аниме, чего не стыжусь (стыжусь).

1 комментарий

a
«Муравей хорошо работает только тогда, когда за ним наблюдает неопытный натуралист, делающий неверные выводы» (Марк Твен)

Добавить комментарий

Сейчас на главной

Новости

Публикации

Гидравлический штатив на глубине 4 000 м: как ходульный бентозавр обманывает физику придонного слоя

Глубоководный аппарат, опустившийся на абиссальную равнину Тихого океана на отметку 4 200 м, фиксирует внешнее статическое давление в 42 МПа. При таком сжатии любая тонкостенная жесткая опора...

2,3 миллиарда лет назад Земля едва не потеряла весь кислород: ученые выяснили, как планета сохранила обитаемость

Около двух с половиной миллиардов лет назад состав атмосферы Земли начал необратимо меняться. В воздухе впервые появился свободный кислород — газ, без которого невозможно существование...

Эйнштейн оказался квантовым: физики вывели уравнения гравитации из квантовой информации

Современная фундаментальная физика держится на двух теориях, которые до сих пор не удается свести к единому знаменателю.Первая — общая теория относительности. Она описывает...

Как на самом деле погибнет Солнечная система: новое исследование опровергло вечную стабильность орбит

Вопрос о том, способна ли планетная система существовать вечно, определил само зарождение теоретической астрономии. Размышляя о законе всемирного тяготения и наблюдая за орбитами Юпитера и...

Поставил проектор на шкаф под углом, а он сам всё настроил на экран 130": обзор TrendVision Luma Arc

Когда хочется смотреть фильмы на большой диагонали, обычный телевизор уже не всегда кажется подходящим решением. Но с проекторами есть другая проблема: нужно найти место для установки, выставить...

Как буква «Ё» появилась в русском языке и почему её часто не используют

В книге можно встретить «елку», «ежика» и «теплый вечер» — и без труда понять, какие слова имелись в виду. Но с выражениями «все готово» или «мы узнаем» такой уверенности уже нет:...