Мравките броят стъпките си - 10 юли 2015 г., Земята - Хроники на живота
Швейцарски и немски ентомолози установиха, че мравката Cataglyphis fortis, живееща в пустинята Сахара, измерва изминатото разстояние на стъпки. За да докажат това, учените промениха дължината на краката на насекомите. Мравките на кокили подценявали изминатото разстояние, а мравките на пънове вярвали, че са изминали повече, отколкото всъщност са направили. Точното определяне на изминатото разстояние, заедно с "вътрешен компас", е необходимо на мравките, за да изчислят директния курс, когато се връщат в гнездото след дълги скитания в пустиня без ориентири.
„Човек напусна точка А и измина 3 км на север, след това зави на 35° наляво, измина още 2 км и стигна до точка Б. В каква посока трябва да тръгне, за да се върне в точка А по права линия?“
Дори хората с висше образование изпитват големи трудности при решаването на такива проблеми, особено ако няма калкулатор под ръка (ако си спомняте формулата - аз лично не я помня - никога няма да запомните необходимите синуси-косинуси). Много социални насекоми обаче решават подобни проблеми с удивителна точност, връщайки се безпогрешно в гнездото по най-краткия път след дълги скитания с много завои. И за това дори не се нуждаят от забележителности. Мравката Cataglyphis fortis, живееща в пустинята Сахара, изобщо не трябва да разчита на ориентири - наоколо има само пясък, а търсенето на храна в тази безжизнена местност изисква дълги и далечни пътувания.
За да изчислят курс, пустинните мравки използват информация за дължината и посоката на всеки изминат сегмент от пътя. Те определят посоката от слънцето, както много други животни. Между другото, за това също трябва да имате добър вътрешен хронометър, календар и таблици за движението на слънцето по небето, „вградени“ в мозъка, тъй като това е движениев никакъв случай не равномерно - около обяд например ъгловата скорост на слънцето е много по-висока отколкото сутрин и вечер.
Методът, по който пустинните мравки определят изминатото разстояние, досега остава неизвестен. За тях не важи „енергийната хипотеза“, според която животните могат да определят изминатото разстояние от изразходваното усилие. В края на краищата мравките безпогрешно чертаят курс, независимо дали вървят леко или с товар. Те също така не използват метода на "оптичния поток" (оптичен поток), като пчелите, които оценяват обхвата на полета по общото количество "трептене в очите". Пустинните мравки не правят грешки при оценката на изминатото разстояние нито на тъмно, нито на изкуствени абсолютно гладки повърхности, където няма нищо, което да хване окото, или дори лишени от способността да виждат.
Манипулации с дължината на крака на пустинна мравка: кокили, нормални крака и пънове. Ориз. от статия в Science
Още през 1904 г. се предполага, че мравките измерват разстоянието със стъпки (H. Piéron. 1904. Du rôle du sens musculaire dans l'orientation des fourmis. Bull Inst Gen Psychol 4:168–186), но досега никой не се е опитал да провери тази хипотеза. Празнината беше запълнена от Матиас Витлингер от университета в Улм и неговите колеги - ентомолози от Германия и Швейцария, които отдавна изучават поведението на пустинните мравки.
По време на експеримента краката на някои мравки бяха отрязани (точно по средата на подбедрицата), а други бяха удължени чрез залепване на свинска четина.
Мравките бяха научени да бягат от гнездото до хранилката по прав жлеб с дължина 10 м. В близост до хранилката мравките бяха уловени, дължината на краката им беше променена, даде им се парче храна в челюстите (така че да имат с какво да се върнат в гнездото) и пуснати в друг жлеб, ориентиран паралелнооригинален. Мравките веднага тръгват на „обратния път“, т.е. хукват към предвиденото гнездо. След като изминаха определено разстояние по прав жлеб, съответстващ, както вярваха, на разстоянието от хранилката до гнездото, мравките изпълзяха от жлеба и започнаха да тичат напред-назад в търсене на вход към гнездото.
Учените внимателно измерват разстоянието между точката, в която мравката е пусната във флейтата, и точката, в която тя превключва от поведенческата програма „бягай вкъщи“ към програмата „къде е входът?“ Оказа се, че мравките, които не променят дължината на краката си, започват да търсят вход, като изминават средно 10,2 м, мравките на кокили бягат 15,3 м, а мравките на пънове само 5,75 м.
След това мравките с променена дължина на краката бяха върнати в гнездото, където продължиха да живеят и да правят успешни нападения за храна в продължение на много дни, което предполага, че извършените върху тях манипулации не са им навредили много. Вярно, те се движеха малко по-бавно от техните "немодифицирани" роднини. Средната скорост на движение на нормална работна мравка от този вид е 0,31 m/s, докато индивидите с къси крака бягат със скорост 0,14 m/s, с удължени - 0,29 m/s.
„Модифицираните“ мравки, които са живели в гнездото за известно време, са уловени отново в хранилката и поставени обратно в паралелния жлеб, за да се определи как оценяват изминатото разстояние, след като са тичали от гнездото до хранилката вече на модифицирани крака. Ако „хипотезата за крачкомера“ е вярна, те вече не трябва да грешат. И така се оказа: мравки "на кокили" и мравки "на пънове", като обикновени мравки, започнаха да търсят входа на гнездото, като изминаха 10 метра и малко повече.
За да се потвърди окончателно „хипотезата за крачкомера“, беше необходимо да се уверим, че в първата серия от експерименти (когатомравките се придвижиха до хранилката на нормални крака и се върнаха обратно на променени крака), насекомите започнаха да търсят входа на гнездото, като изминаха същия брой стъпки, както по пътя към хранилката. За мравките със скъсени крака това беше потвърдено. Но за мравките "на кокили" - всъщност не. Оказа се, че на връщане те са извървели 3,0–3,5 m повече, отколкото трябва, въз основа на средната им дължина на крачката.
Причините за това несъответствие учените възнамеряват да открият в хода на по-нататъшни изследвания. Досега те се ограничават до предположението, че наблюдаваният срив в работата на крачкомера може да бъде причинен от нарушаване на връзката между дължината на стъпката и скоростта на движение при мравките "на кокили". Ако при мравките „на пънове“ намаляването на скоростта се оказа пропорционално на намаляването на дължината на стъпката (и двете намаляват с около половината), тогава при мравките „на кокили“ стъпката се увеличава, а скоростта на движение, напротив, намалява (може би поради теглото на лепилото и свинската четина). Мравките просто започнаха да се движат по-бавно с краката си. Учените отбелязаха, че ако скоростта на движение на мравките „на кокили“ се увеличи толкова, колкото намаля при мравките „на пънове“, тогава дължината на стъпката на първите ще бъде по-голяма (въз основа на установената зависимост на дължината на стъпката от скоростта) и тогава всички числа в техния експеримент ще се сближат забележително.
Като цяло експериментът се оказа красив и „хипотезата за крачкомера“ в крайна сметка получи значително потвърждение, въпреки че принципът на работа на самия „крачкомер“ очевидно все още се различава от простото броене на стъпки. Изглежда, че мравките също вземат предвид скоростта на движение на краката си и вземат предвид, че когато тя намалява, те получават по-къса крачка.