Биологи выяснили, что тело мексиканских 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. Статью с описанием уникального панциря опубликовал научный журнал Nature Communications. 

Листорез"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 и толще", – пишут ученые. 

Палеонтологические находки показывают, что первые панцири появились примерно 550 млн лет назад, практически сразу после начала кембрийской эры, когда возникли предки всех современных многоклеточных живых существ. Особенно широко была распространена броня на основе кальцита и других форм карбоната кальция, которая покрывала моллюсков, коралловых полипов, морских ежей и других беспозвоночных. 

Насекомые в этом отношении не похожи на других беспозвоночных, так как их панцирь обычно состоит не из биоминералов, а из биополимера хитина. Многие эволюционисты считают, что появление хитина и экзоскелетов на его основе произвело революцию в животном мире: именно благодаря этому предки современных насекомых начали активно передвигаться, оставаясь при этом защищенными.

Американские биологи под руководством профессора Висконсинского университета в Мэдисоне (США) Кэмерона Карри открыла первое исключение из этого правила. В ходе своего исследования они наблюдали за жизнью муравьев-листорезов, которые обитают в тропических регионах Нового Света.

Кальциевая защита от "рейдеров" и болезней

Эти насекомые живут в гигантских колониях по несколько сотен тысяч особей. Некоторые рабочие особи постоянно ухаживают за грибными "садами" муравейника и растущими личинками, другие собирают листья и защищают колонию от нахлебников. Значительная часть видов муравьев-листорезов устраивает периодические набеги на соседние муравейники, поедая их урожай и похищая их личинки, чтобы впоследствии превратить в рабов.

Наблюдая за жизнью листорезов, Карри и его коллеги заметили, что многих насекомых покрывал необычный белый налет, равномерно распределенный по поверхности их тела. Предположив, что это какая-то грибковая инфекция, биологи поймали нескольких особей муравьев вида Acromyrmex echinatior и детально изучили структуру и состав этого налета.

Просветив его рентгеновским излучением, биологи обнаружили, что это вовсе не грибковая инфекция, а биоминеральная броня. Она состоит из кристаллов кальцита, которые особым образом распределены по поверхности хитиновой оболочки. Биологи решили детально изучить свойства этого панциря, пытаясь понять, зачем он нужен и как формируется.

Оказалось, что материал для панциря непрерывно вырабатывают клетки хитиновой оболочки: они выделяют на поверхность хитина соединения магния и кальция. Интересно, что процесс формирования кристаллов и всего панциря в целом начинается только после того, как молодые муравьи достигают своих окончательных размеров.

Дальнейшие наблюдения показали, что эти кристаллы защищают муравьев не только от атак более крупных муравьев -"рейдеров" вида Atta cephalotes, но и резко уменьшают вероятность заражения различными формами грибковых инфекций. Оказалось, что, несмотря на небольшую толщину, кальциевый панцирь повышает прочность экзоскелета муравья примерно в два раза. Грибковые инфекции просто не могут пробиться через него и достичь хитина, который их клетки могут растворять.

Ученые предполагают, что схожая защитная оболочка есть у многих других видов муравьев-листорезов. Исследователи надеются, что дальнейшее изучение подобной брони поможет понять, как муравьи обзавелись подобным панцирем и когда это произошло.

Источник: ТАСС

Южноамериканские муравьи-листорезы рода Attaиспользуют «химическое оружие» для борьбы с грибами рода Escovopsis. Такое открытие сделал международный коллектив ученых из Франции, Бельгии, Дании и Панамы. Их статью, опубликованную в журнале Proceedings of the Royal Society B, пересказывает сайт журнала Science.

Муравей-листорезЖизнь муравьев-листорезов самым непосредственным образом связана с разными видами грибов. Грибы рода Leucocoprinus они выращивают себе на корм, на «грядках» из пережеванных листьев. Однако этой садоводческой деятельности очень мешают другие грибы, из рода Escovopsis, которые паразитируют на грибах первого вида и убивают их, лишая тем самым листорезов урожая.

Оказывается, что для борьбы с этими «сельхозвредителями» муравьи применяют «химическое оружие»: выделяют из специальных желез, расположенных на груди, фенилацетиловую кислоту. Это вещество убивает вредоносные грибы и не причиняет никакого вреда полезным.

Интересно, что у листорезов рода Atta для этой функции есть специальные особи — особый подвид рабочих муравьев с увеличенными железами на груди. Он появляется, когда колония разрастается и проблема успешного «огородничества» становится особо насущной.

Грибы, впрочем, тоже не остаются в долгу. То же исследование показало, что грибницы Leucocoprinus, произрастающие рядом с колониями муравьев, отличаются повышенной устойчивостью к фенилацетиловой кислоте. Это классическое противостояние «брони и пушки» продолжается, судя по всему, уже десятки миллионов лет. Выработать полный иммунитет к «химическому оружию» муравьев грибам до сих пор мешает то, что листорезы уничтожают только те грибницы, что угрожают им непосредственно, и не трогают остальные. Поэтому естественный отбор в сторону противостояния этой тактике идет чрезвычайно медленно.

Недавно зоологи подробно изучили «сельское хозяйство» этого вида и обнаружили, что муравьи-листорезы разводят «грибные сады» на протяжении уже 50 млн лет и делают это чрезвычайно организованно и усердно.

Источник: Научная Россия

Муравьи редко болеют инфекционными болезнями, но зато часто страдают от так называемых социальных паразитов — других муравьёв (и других насекомых), которые проникают в колонию и безвозмездно пользуются её ресурсами. Этим паразитам, естественно, нужно как-то защититься от самих хозяев, и для этого они используют широкий спектр приспособлений: кто-то с помощью химических веществ маскируется под хозяев, кто-то, наоборот, вырабатывает вещества, к которым муравьи питают непреодолимое отвращение, а потому не смеют тронуть того, кто так пахнет.

Муравей-листорез из рода Sericomyrmex. (Фото Anders Illum.) К примеру, муравьи Megalomyrmex, паразитирующие на чужих колониях, выделяют алкалоидный яд, отпугивающий и отравляющий других муравьёв. Кроме того, не стоит забывать, что многие виды муравьёв попросту живут за счёт грабежа чужих колоний, уничтожая взрослых особей и забирая запасы и потомство в своё гнездо.

Муравей-захватчик из рода Gnamptogenys. (Фото Kurt (Hock Ping GUEK) orionmystery.blogspot.com.) Но иногда на один и тот же мирный вид муравьёв претендуют два паразита-захватчика, и в этом случае жертва извлекает хорошую пользу из столкновения чужих интересов. Так происходит, например, с муравьями-листорезами, известными своими грибными колониями, которые они выращивают на переработанной биомассе растений. Листорезы Sericomyrmex страдают от набегов Gnamptogenys, которые перемещаются от одного гнезда к другому, разгоняя рабочих и охрану и съедая грибы и расплод.

Сами листорезы не могут противостоять захватчикам, однако и у них есть что противопоставить врагу. Как пишут в PNAS зоологи из Копенгагенского университета (Дания), противовесом захватчикам выступают муравьи рода Megalomyrmex — те самые, что выделяют яд. Они пользуются грибными ресурсами колонии листорезов, и хозяевам приходится терпеть гостей.

Если же колонии угрожает нападение муравьёв-рейдеров, листорезы почти не предпринимают никаких действий. Но зато на их защиту активно поднимаются ядовитые гости: заметив врага, Megalomyrmex уходит вглубь колонии листорезов, чтобы предупредить своих ядовитых сородичей. Яд токсичен и для захватчиков, кроме того, он портит систему распознавания других муравьёв, так что вторгшиеся разбойники начинают нападать друг на друга, спутав себя с врагом. 

 Эффективность ядовитых Megalomyrmex довольно велика, так что довольно трудно найти колонию листорезов, где бы не было этих социальных паразитов. Сами захватчики Gnamptogenys вполне осведомлены о силе Megalomyrmex и, по словам авторов работы, перед началом вторжения сначала выясняют, есть ли в выбранной колонии листорезов опасные гости. Ну а листорезы, напомним, не предпринимают почти ничего, чтобы защититься от нападающих, то есть их гости служат им чем-то вроде наёмных вооружённых солдат, которым предоставляется стол и дом.

Истчоник: КОМПЬЮЛЕНТА

Подобно фермерам-людям, муравьи-листорезы (Leafcutter ant) выращивают свои грибковые сады не без помощи азотофиксирующих бактерий. Это открытие группы учёных, возглавляемой профессором Кэмероном Карри (Cameron Currie) из университета Висконсина в Мэдисоне, заставляет биологов под новым углом взглянуть на роль муравьёв в тропических и субтропических лесах.

Муравьиная королева и её выводок в грибковом саду, заботливо выращиваемом в колонии насекомых (фото Michael Poulsen). Исследователи нашли бактерии-азотофиксаторы двух видов в 80 колониях листорезов восьми биологических видов из Аргентины, Коста-Рики и Панамы. Эти бактерии опосредованно (через сады грибов, являющихся основной пищей муравьёв) помогают муравьям приобретать атмосферный азот.

Муравьи-листорезы насчитывают 41 вид (кадры UW-Madison). Серия опытов показала, что усвоенный бактериями-симбионтами N₂ действительно попадает затем в муравьёв. (Ранее только у одного отряда насекомых — термитов — был обнаружен симбиоз с бактериями-азотофиксаторами).

Муравьи-листорезы используют листья как питательную среду для грибов, так что в определённом смысле являются растительноядными. Но ведь известно, что насекомые, питающиеся растениями, ограничены в потреблении азота.

Однако у листорезов таких проблем нет: их многометровые подземные гнезда укрывают миллионы особей. В лесах Амазонки листорезы насчитывают общий вес, в четыре раза больший, чем биомасса всех наземных животных, вместе взятых!

Теперь ясно — в чём кроется секрет эволюционного успеха данных муравьёв: порядка 50 миллионов лет назад, когда у них зародилось "грибное фермерство", насекомые приобрели и партнёров-бактерий, усваивающих атмосферный азот, — этот источник важного элемента позволил муравьям доминировать в своей среде.

"Без азота не существует способа, каким бы эти ребята могли достичь таких больших размеров колонии", — заключает Суен.

Более того, наземные экосистемы тропиков, по сути, бедны азотом, так что вновь обнаруженный его мощный источник может оказаться критически важным: через муравьёв этот элемент попадает по пищевой цепи в остальную часть всей экосистемы.

Источник: MEMBRANA

Муравьи-листорезы населяющие северные области американских штатов Техас и Луизиана, где зимняя температура опускается ниже нуля содержат под землёй многоуровневые теплицы, до трёх метров в глубину. При наступлении холодов, словно заботливые садоводы, они переносят грибы рода Attamyces из верхних «этажей» на нижние, в более тёплые и стабильные условия.

Подробнее...

Муравьи-листорезы (Atta texana) получили своё название из-за пристрастия к листве деревьев, однако сами они листья не едят. Эти насекомые не могут получать питательные вещества непосредственно из растений, поэтому собранную зелёную массу для них перерабатывают грибы рода Attamyces, а муравьи уже питаются кусочками грибницы.

Новые исследования показали, что техасские муравьи-листорезы культивируют вид грибов Attamyces, устойчивых к переохлаждению. (Фото Seth Patterson.) В ходе эволюции между муравьями и грибами образовался «жёсткий» мутуализм — тип взаимовыгодного сожительства, когда оба биологических вида не могут выжить друг без друга.

Большинство видов муравьёв-листорезов живут в тропиках из-за условий, которые им «диктуют» грибы Attamyces. Поэтому Atta texana, населяющий северные области американских штатов Техас и Луизиана, где зимняя температура опускается ниже нуля, долгое время интриговал биологов. Наконец, Скотт Соломон и Ульрих Мюллер из Университета штата Техас исследовали жизнедеятельность колоний этого вида муравьёв и выяснили, что Atta texana содержат под землёй многоуровневые теплицы, до трёх метров в глубину. При наступлении холодов, словно заботливые садоводы, они переносят грибы на нижние «этажи», в более тёплые и стабильные условия.

Здесь стоит заметить, что дело не только в исключительной заботливости муравьёв: грибы, сожительствующие с Atta texana, генетически более устойчивы к холоду, чем выращиваемые более южными видами насекомых. Это свидетельствует о том, что переселение Atta texana на север происходило в течение нескольких миллионов лет, за которые Attamyces приобрели некоторую морозоустойчивость.

Границы ареала биологического вида обычно определяются границами распространения вида-конкурента или просто ареалом хищника-врага. В отношении техасских муравьёв-листорезов учёные отмечают тот редкий случай, когда распространение видов полностью взаимозависимо от эволюционного развития обоих «товарищей».

Результаты исследования опубликованы в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.

Источник: КОМПЬЮЛЕНТА

Четыре научные группы практически одновременно представили черновые варианты расшифровки генетических последовательностей красного огненного муравья Solenopsis invicta, аргентинского муравья Linepithema humile, бородатого муравья-жнеца Pogonomyrmex barbatus и муравья-листореза Atta cephalotes.

Pogonomyrmex barbatus (фото Joseph Berger) Три статьи ([1], [2], [3]) будут опубликованы в одном из ближайших выпусков журнала Proceedings of the National Academy of Sciences. Четвёртая работа, посвящённая Atta cephalotes, появится 10 февраля в издании PLoS Genetics.

Публикация расшифрованных геномов должна, как надеются учёные, помочь в борьбе с опасными инвазивными видами насекомых, к которым относятся Solenopsis  invicta и Linepithema humile. Здесь обязательно понадобятся данные о генах, обеспечивающих муравьям прекрасно развитое обоняние, и такая информация уже начинает поступать. Самым развитым в этом плане оказался аргентинский муравей: при рассмотрении 16 344 его генов исследователи выделили сразу 367 генов обонятельных рецепторов (к примеру, у медоносной пчелы их «всего» 174). За вкусовые рецепторы у Linepithema humile отвечают 116 генов (у пчелы — 10).

Генетики также пытаются понять, как можно нарушить социальную структуру колонии членистоногих и лишить их возможности нормально размножаться. В новых работах показано, что у муравьёв действует уже известный специалистам механизм определения роли насекомого в сообществе — метилирование ДНК.

Сейчас учёные приступают к сравнению геномов, в котором участвуют и две последовательности, расшифрованные в августе прошлого года и принадлежащие муравьям Harpegnathos saltator и Camponotus floridanus

Источник: КОМПЬЮЛЕНТА

Крылатые самки муравьёв-листорезов, потерпев неудачу в личной жизни, не гибнут, как это происходит у других муравьёв, а стараются принести пользу колонии, защищая её от врагов, заботясь о потомстве и выполняя строительные работы.

Муравей-листорез (фото Alex Wild)Самый важный момент в жизни муравьиной королевы — её брачный полёт. Крылатые самки взмывают вверх, где находят себе пару; затем они спускаются на землю и возвращаются к собственной колонии, где замещают старую королеву или организуют дочернее поселение. Но ведь далеко не каждой из множества самок удаётся найти, так сказать, счастье в личной жизни: многие возвращаются из брачного полёта несолоно хлебавши.

Обычно в таком случае самка погибает: её программа просто не предусматривает иного развития событий, кроме основания новой колонии. В лучшем случае после возвращения её съедят другие муравьи: ей-то самой уже всё равно, а колонии какая-никакая польза — в виде питательных веществ — всё-таки будет. Однако у муравьёв-листорезов группы Attini самке предоставляется шанс выжить, только уже в качестве простой рабочей особи.

Исследователи из Университета Фрайбурга (Германия) изучали муравьёв-листорезов, живущих в Панаме: результаты оказались одинаковыми и при наблюдении за насекомыми в естественной среде, и в лабораторном эксперименте. Эксперимент был прост: у насекомых просто удаляли крылья. Такая операция повышала у несостоявшихся королев агрессивность, они начинали бурно реагировать на запахи, принадлежащие другой колонии, и включались в работы по расширению гнезда и заботу о потомстве.

Непонятно, правда, как несостоявшиеся королевы вдруг становятся адептами опрощения и всеобщего равенства. Возможно, тут имеет место тот же механизм , который отвечает за смену специализации у пчёл-рабочих. То, что другие члены колонии не съедают неудачливую матку, исследователи объясняют вкусами листорезов, сформированными их обычной диетой — грибами, которые они выращивают на питательном субстрате из пережёванных листьев. Другие источники питательных веществ им просто не нужны. Сами же бескрылые самки могут относительно долго жить на внутренних ресурсах — например, за счёт ставших бесполезными летательных мышц.

Статья с результатами исследования вышла в журнале Current Biology .

Источник: КОМПЬЮЛЕНТА