Муравьи листорезы – пожалуй, одна из самых высокоорганизованных и развитых групп, во многом напоминающая больших травоядных животных. Так этих насекомых назвали потому, что основу их питания составляют листья. Точнее срезанную листву муравьи используют в качестве сырья для производства муравьиного «кольраби». Об этом удивительном и сложном процессе, а также об особенностях самого муравья листореза расскажет эта статья.
Как выглядят листорезы
Муравей листорез – небольших размеров насекомое коричневого цвета. Длина его тела варьируется в пределах 0,5-2 см в зависимости от того, к какой касте особь относится. Всего у листорезов 7 каст: матка и самцы, солдаты и фуражиры, строители и садоводы, а также малые рабочие.
- Работники, заботящиеся о будущем потомстве и работающие на грибных грядках, вырастают не более 0,5 см.
- Гораздо крупнее работников выглядят муравьи защитники или солдаты, длина тела которых составляет 1,5-2 см. Устрашающий вид им придает большая голова с мощными крючковатыми челюстями, благодаря которым насекомые срезают грубую листву тропических растений. Ведь обитают муравьи листорезы на территории Центральной и Южной Америки.
- Особого внимания заслуживает королева матка, масса которой в несколько сотен раз превышает вес рабочей особи. Еще одной отличительной особенностью этой самки является очень большая и мощная грудь. До процесса спаривания матка представляет собой крылатую особь, после оплодотворения она лишается крыльев, отгрызая их. С этого момента она занимается только воспроизведением потомства и организацией новой семьи.
Муравьи листорезы являются обладателями трех пар длинных лап, размеры которых зависят от «занимаемой должности». У часто перемещающихся по деревьям особей конечности наиболее длинные.
Муравей листорез
Как размножаются листорезы
Процесс размножения муравьев листорезов подобен своим собратьям. С приходом тепла самец и самка вылетают из гнезда для спаривания. Чтобы скопить необходимое количество семени, роящаяся самка спаривается с несколькими самцами. После чего она отгрызает себе крылья и принимается за возведение новой колонии. Жизнь муравьев самцов на этом заканчивается.
Оплодотворенная самка роет небольшое углубление, куда откладывает яйца. Там же она складывает кусочки листьев, зараженных грибницей. Это вещество находится в специальном кармане, расположенном на нижней части головы королевы матки. Именно этот компонент служит началом жизни фермы муравьев листорезов.
Появившиеся через 1,5 месяца безглазые и безногие личинки совершенно беспомощны, поэтому их кормлением занимается исключительно самка. Пищей им служат гифы грибов. Сама же королева листорезов в этот период не питается вообще, она живет, используя свои жировые запасы. Королева матка выкармливает исключительно первое потомство, впоследствии этим занимаются рабочие особи. Матка же лишь откладывает яйца.
Самки матки и бесплодные самки, которые впоследствии являются рабочей силой, появляются из оплодотворенных яиц. Из муравьиных яиц, которые остались неоплодотворенными, вылупляются самцы.
Образ жизни
Муравей труженик, такое словосочетание применимо и к листорезам. Чтобы накормить свою колонию, муравьям необходимо приложить немало усилий. Поднявшись на дерево, насекомое обхватывает листовую пластину своими конечностями, после чего начинает срезать мандибулами кусочки листа. Зажав жвалами груз, муравей направляется обратно к муравейнику.
Срезанные листья обрабатывает специальная каста насекомых. В результате чего из тщательно пережеванной грубой клетчатки получается лиственная кашица, обильно сдобренная содержащимися в слюне муравьиными ферментами.
Интересно!
В слюне листорезов присутствует антибиотик, который способствует росту патогенных микроорганизмов на грибных грядках.
Полученную массу насекомые складывают в специальные камеры, в которых поддерживается необходимый микроклимат. Лиственную смесь заражают специальным грибом и регулярно удобряют.
По истечении некоторого времени поверхность подземной теплицы оплетается грибницей, которая по виду схожа на губку. На начальных стадиях развития грибов муравьи их отгрызают и выбрасывают. Полученный же срез начинает активно выделять сок, являющийся излюбленным лакомством насекомых. Спустя время эти места затвердевают и увеличиваются по площади. Они превращаются в густую щетку из прозрачных белковых телец, которую называют «муравьиное кольраби». Именно эта грибковая культура и служит пищей муравьям листорезам. По этой причине этих насекомых еще называют грибоводами.
Муравьи используют азотные удобрения для своих угодий
Муравейник муравьев-листорезов рода Atta
— это внушительное подземное сооружение с системой из сотен камер, связанных тоннелями, которое обслуживается миллионном муравьев. Фото из обсуждаемой статьи в
Science
Группа американских ученых продолжила изучение интереснейшего природного явления — сельского хозяйства у муравьев-листорезов. Листорезы выращивают на переработанных зеленых листьях грибную культуру, которая служит им пищей. В качестве «пестицидов» они используют антибиотики особых бактерий. Теперь ученые доказали, что муравьи вносят в субстрат азотфиксирующие бактерии, которые позволяют обойти проблему азотистого истощения, столь острую для любых сельскохозяйственных монокультурных посевов.
Группа ученых под руководством Камерона Карри (Cameron Currie) из Висконсинского университета (Мэдисон, США) продолжает публикацию своих работ об устройстве сельского хозяйства у муравьев-листорезов. Листорезы — это особая группа муравьев, знаменитая своими сельскохозяйственными организаторскими талантами. В принципе, многие муравьи и другие насекомые культивируют различных животных (например, тлей) и грибы в качестве стабильного источника питания (см. статьи на «Элементах»: Симбиотические бактерии помогают жукам выращивать съедобные грибы, Для повышения эффективности труда муравьи формируют узких специалистов). Но в отличие от других насекомых листорезы добились исключительного мастерства в этой области, так как их сельское хозяйство практически автономно.
Листорезы строят подземные камеры, куда складывают переработанные кусочки зеленых листьев. На эти листья они высаживают штаммы грибов. Грибы разрастаются, предоставляя муравьям обильный источник легко усваиваемого углеродного питания. Свои грибные «посевы» муравьи тщательно оберегают с помощью специальных бактерий (Pseudonocardia
), которые, выделяя антибиотик, убивают нежелательных паразитов посевов. (Об этой стороне устройства муравьиного хозяйства см.: Муравьи-листорезы приручили бактерий для борьбы с вредителем, «Элементы», 25.01.2006.). При организации нового гнезда матка уже снабжена всеми необходимыми элементами для сельского хозяйства — спорами кормовых грибов, которые она переносит во рту, и штаммом
Pseudonocardia
, растущим прямо на ее теле.
Теперь ученые показали, что сельскохозяйственная активность листорезов не ограничивается защитой урожая от паразитов. Оказалось, что муравьи научились решать столь знакомую любому агроному задачу, как дефицит доступного азота в субстрате. Доступного азота в почве не так уж много, так что растения в монокультурных посевах довольно быстро истощают его запасы. Чтобы восполнить недостаток азота, в почву добавляют азотные удобрения или высевают культуры клубеньковых растений с симбиотическими азотфиксаторами на корнях.
Ученые обнаружили свидетельства того, что и в муравьином хозяйстве азот искусственно добавляется в урожаи. Они измеряли количество азота (точнее, отношение азота к углероду) в лабораторном муравейнике. В изолированном лабораторном муравейнике исключалось поступление азота из почвы. Сами грибы, как известно, не умеют использовать атмосферный азот. Оказалось, что количество азота в свежих листьях, которые приносят муравьи, существенно меньше, чем в переработанном зеленом субстрате для грибного поселения, еще больше азота обнаружено в использованных и выброшенных из муравейника листьях. Это означает, что на каком-то этапе выращивания урожая азот добавляется в культуру. И при этом источником дополнительного азота может быть только бактериальная азотфиксация.
Имеется специальный комплекс ферментов нитрогеназ, участвующих в азотфиксации, и этот комплекс легко обнаружить и оценить в нём количество активных белков. Судя по количеству нитрогеназ, в лабораторном муравейнике азотфиксация шла интенсивнее всего в грибных культурах. В зеленом листовом субстрате активность ферментного комплекса была невысокой. Также невысокой она оказалась и в пищеварительном тракте муравьев. Это значит, что флора азотфиксирующих бактерий поселяется вне тела насекомого, прямо на посевах грибов. И этим муравьи отличаются, например, от термитов, у которых азотфиксирующие бактерии поселяются в пищеварительном тракте.
Темпы азотфиксации были измерены по изотопном составу азота в муравейнике, в который искусственно подавали воздух, обогащенный N15. Как и следовало ожидать, самыми высокими были темпы азотфиксации в грибных культурах. Ученые доказали, что основными азотфиксаторами у муравьев-листорезов являются бактерии клебсиелла (Klebsiella
) и
Pantoea
. Причем необходимые высокие темпы азотфиксации обеспечивает только первая группа (
Klebsiella
). Представители клебсиелл чаще других встречаются в диких муравейниках. Если построить филогенетическое древо азотфиксаторов по генам нитрогеназ, то муравьиные
Klebsiella
и
Pantoea
сформируют отдельную ветвь. Болезнетворные клебсиеллы оказались в сестринской ветви. Это говорит о том, что муравьиные азотфиксаторы могли эволюционировать обособленно от других групп азотфиксирующих бактерий — вероятно, подстраиваясь под эволюцию муравьев. Точно такую же совместную эволюцию прошли и бактерии
Pseudonocardia
, защищающие грибные культуры от паразитов.
Таким образом, в муравейниках листорезов обнаруживаются все черты развитой агрикультуры. Имеются и подготовленный субстрат (переработанные листья), и селекционные высокоурожайные культуры (грибы), и подобранные эффективные пестициды (Pseudonocardia
), и необходимые удобрения (
Klebsiella
). Система работает слаженно и автономно; она дает пример изумительной аналогии развития человеческой культуры и природных объектов. Ученым еще предстоит содержательное толкование подобных аналогий. Здесь, возможно, будут найдены и новые решения в агрономии, и переосмысление развития человеческой культуры с эволюционных позиций.
Источник:
Adrián A. Pinto-Tomás, Mark A. Anderson, Garret Suen, David M. Stevenson, Fiona S. T. Chu, W. Wallace Cleland, Paul J. Weimer, Cameron R. Currie. Symbiotic Nitrogen Fixation in the Fungus Gardens of Leaf-Cutter Ants //
Science
. 2009. V. 326. P. 1120–1123.
Елена Наймарк
Муравейник грибоводов
Несмотря на то, что большую часть своей жизни листорезы проводят на деревьях, свое гнездо они строят в подземных слоях почвы. Только в таких условиях грибам не страшны перепады температур и воздействия влаги.
Само гнездо листорезов напоминает большое яйцо, в сердцевине которого живет царица матка. Вокруг нее располагаются инкубаторы с личинками и яйцами. Далее размещены боксы с грибницами.
Интересно!
Один муравейник может занимать несколько метров, в нем может проживать более миллиона муравьиных особей.
Жизнь муравья листореза Иногда на муравейники грибоедов нападают кочевые муравьи. Очень часто после таких атак не остается ни взрослых особей, ни потомства, ни даже грибниц.
