Муравьи — удивительные существа со сложными жизненными циклами, которые охватывают как отдельных особей, так и целые колонии. Путь каждого муравья начинается с крошечного яйца и проходит через несколько стадий развития, пока он не становится маткой, рабочим или самцом. Однако жизнь муравья также связана с ростом и выживанием колонии. Колония, начинающаяся с одной матки, развивается благодаря сотрудничеству и разделению труда, разрастается и в итоге производит новых маток и самцов, которые продолжают этот цикл. Вместе эти жизненные циклы раскрывают сложную организацию и слаженную работу, характерные для муравьиных сообществ.
Читайте эти истории в нашем блоге «У муравейника».
Краткий обзор
1. Жизненный цикл отдельного муравья
Жизнь муравья начинается с крошечного яйца, из которого вылупляется слепая безногая личинка, которую постоянно кормят взрослые муравьи. Личинка быстро растёт, а затем переходит в стадию куколки, где превращается во взрослую особь. Выйдя из куколки, муравей становится маткой, рабочим или самцом. Матки крупнее, живут дольше всех и откладывают яйца. Рабочие занимаются уходом за гнездом, добычей пищи и заботой о потомстве. Самцы, единственная роль которых — спаривание, имеют крылья и живут недолго.
2. Жизненный цикл муравьиной колонии
Муравьиная колония начинается с одной матки, которая спаривается во время брачного лёта, а затем основывает новое гнездо. Она откладывает первые яйца и выращивает небольшую группу рабочих муравьёв. Рабочие поддерживают колонию: добывают пищу и расширяют гнездо. По мере роста колонии единственной задачей матки становится откладывание яиц. Когда колония достигает зрелости, она производит новых маток и самцов, которые разлетаются для спаривания и основания новых колоний, завершая цикл.
Жизненный цикл отдельного муравья
Жизненный путь отдельного муравья начинается с крошечного овального яйца размером примерно с точку. Не из всех яиц развиваются взрослые особи: некоторые служат пищей для других обитателей гнезда и помогают поддерживать жизнь колонии. Вылупившись из яйца, муравей становится слепой безногой личинкой, которая полностью зависит от взрослых муравьёв, постоянно кормящих её. Личинки быстро растут и по мере увеличения размера линяют.
Яйца, личинки, куколки и взрослый рабочий муравей-огнёвка (фото: Барт Дрис)
Достигнув достаточного размера, личинка становится куколкой и вступает в стадию покоя и превращения. На этом этапе тело муравья перестраивается, и он начинает походить на взрослую особь, хотя его ноги и усики остаются сложенными. По мере созревания куколки постепенно темнеют; некоторые заключены в защитные коконы, а другие остаются открытыми.
Первое изображение: кровавые муравьи-земледельцы с открытыми куколками. Второе изображение: кровавые муравьи-земледельцы в коконах
Когда куколка завершает превращение, из неё выходит полностью сформировавшийся взрослый муравей. Недавно появившиеся взрослые особи светлее, но со временем темнеют, пока их экзоскелет твердеет; их называют молодыми рабочими.
Взрослые муравьи относятся к одной из трёх основных каст: матки, рабочие особи и самцы. Матки, которых в личиночной стадии кормят обильнее, вырастают крупнее и откладывают яйца для колонии. Рабочие отвечают за поддержание жизнедеятельности колонии, а самцы спариваются с матками — так формируется кастовая система. Подробнее об анатомии каждой касты читайте в нашем БЕСПЛАТНОМ исследовании природы муравьёв.
Жизненный цикл колонии муравьёв
Матка муравья-древоточца ржавого в клаустральной камере
Жизненный цикл колонии муравьёв начинается с одной матки. После брачного вылета, во время которого она спаривается с одним или несколькими самцами, матка ищет подходящее место для гнезда. Выбор места зависит от вида. Чтобы найти партнёров, матки часто выбирают возвышенности, например высокие деревья, кустарники или холмы. Здесь мы собрали карту разных брачных вылетов в Северной Америке, а также руководство по поиску маток муравьёв.
Муравьи-листорезы пустынные (Acromyrmex versicolor) известны своими массовыми брачными вылетами, во время которых самцы и матки заполняют небо (Фото: Пэм Шек)
Затем спарившаяся матка ищет укромное место для гнездования, называемое клаустральной камерой. Она запечатывает вход и начинает основывать колонию в одиночку: теперь её задача — откладывать яйца и заботиться о молодом расплоде.
Матка откладывает первую партию яиц и кормит личинок особыми неоплодотворёнными «трофическими яйцами». Используя ресурсы собственного организма для питания потомства, она обеспечивает себе возможность оставаться в гнезде.
Начало колонии Camponotus lianghuang, или муравьёв-древоточцев Лян Хуан. По мере роста колонии рабочие следующих поколений будут вдвое крупнее.
Первое поколение рабочих муравьёв, называемых нанитиками, меньше последующих поколений, поскольку они развиваются при ограниченных ресурсах. У нанитиков одна главная задача: помогать матке, добывая пищу, расширяя гнездо и заботясь о её новых яйцах и личинках. По мере их взросления у матки остаётся лишь одна задача: откладывать яйца.
Когда колонии муравьёв достигают критической массы, они начинают быстро расти. (Фото: Коннор Кэшман)
Затем колония вступает в так называемую эргономическую стадию, когда начинает расти быстрее. Благодаря большему числу рабочих, которые собирают пищу, поддерживают гнездо в порядке и защищают потомство, королева может откладывать яйца быстрее. Рабочие образуют хорошо организованную систему и выполняют определённые задачи на благо колонии. Одни муравьи добывают пищу, другие заботятся о королеве и молодняке, а третьи защищают гнездо. Благодаря слаженной работе колония растёт и процветает.
Колония муравьёв-древоточцев, полная крылатых самцов-алатов (Фото: Alexis Orion)
Когда колония становится достаточно сильной, она переходит в репродуктивную стадию. Теперь вместо роста главное — производить новых королев и самцов, называемых «алатами». Эти репродуктивные муравьи обычно крупнее и имеют крылья. В подходящий момент, часто под воздействием таких факторов окружающей среды, как тепло или дождь, алаты покидают гнездо для брачного лёта. Во время лёта королевы и самцы из многих колоний собираются вместе, что повышает шансы найти партнёра. После спаривания самцы обычно погибают, а оплодотворённые королевы ищут новые места для гнездования, чтобы основать собственные колонии.
Разные стратегии основания колоний
Не все виды муравьёв основывают колонии одинаково. При независимом основании колонии (ICF) одна королева в одиночку создаёт новое гнездо, полагаясь на собственные ресурсы для заботы о первом потомстве. У некоторых видов королева никогда не покидает гнездо в поисках пищи и выживает исключительно за счёт питательных веществ, запасённых в её теле. Даже её крыловые мышцы разрушаются, обеспечивая пищей развивающихся личинок, а сама королева может вырабатывать особые питательные выделения слюнных желёз. Эта стратегия, называемая клаустральным основанием, позволяет королеве защитить новую колонию, оставаясь скрытой, пока первые рабочие не повзрослеют и не смогут отправиться за пищей. Некоторые виды
Однако некоторые виды используют основание зависимой колонии (DCF): королевы покидают гнездо вместе с группой рабочих, чтобы сообща основать новую колонию. Рабочие обеспечивают дополнительную поддержку и защиту, позволяя королеве с самого начала сосредоточиться на откладывании яиц.
Муравьи-амазонки, например Polyergus sp, не способны самостоятельно основывать колонии и должны находиться на попечении муравьёв других видов (Фото: Jake Nitta)
Королевам паразитических видов муравьёв даже не приходится строить новые гнёзда с нуля. Вместо этого они проникают в уже существующие гнёзда других видов муравьёв и обманом заставляют рабочих заботиться об их яйцах. Эта уникальная стратегия позволяет королевам-паразитам обходиться без поиска пищи и строительства гнезда: они используют ресурсы другой колонии, чтобы вывести собственное потомство.
Что происходит, когда умирает королева?
По мере взросления колония становится более стабильной и самостоятельной. Большинство маток живут много лет, откладывая тысячи яиц и производя поколение за поколением рабочих. У некоторых видов муравьёв, если матка умирает, рабочие могут принять новую матку, чтобы колония продолжила существование. У некоторых видов даже бывает несколько маток, которые действуют сообща, образуя крупные колонии, способные существовать десятилетиями и дольше. Однако у большинства видов после смерти матки колония постепенно исчезает.
Когда колония достигает зрелости, она снова производит репродуктивных муравьёв, начиная цикл заново. Этот сложный жизненный цикл — от брачного лёта матки-основательницы до формирования организованного сообщества в гнезде — демонстрирует удивительную слаженную работу и специализацию, благодаря которым муравьиные колонии процветают в самых разных условиях.
Дополнительная литература
Жизненный цикл муравья. AntWiki. (без даты). https://www.antwiki.org/wiki/The_Ant_Life_Cycle
Жизненный цикл муравья: спросите биолога. Жизненный цикл муравья | Спросите биолога. (без даты). https://askabiologist.asu.edu/individual-life-cycle
Liebig, J., Peeters, C., & Hölldobler, B. (1999). Полицейское поведение рабочих ограничивает число репродуктивных особей у муравья-понерина. Proceedings of the Royal Society of London. Series B: Biological Sciences, 266(1431), 1865–1870. https://doi.org/10.1098/rspb.1999.0858
Olejarz, J. W., Allen, B., Veller, C., Gadagkar, R., & Nowak, M. A. (2016). Эволюция полицейского поведения рабочих. Journal of Theoretical Biology, 399, 103–116. https://doi.org/10.1016/j.jtbi.2016.03.001
Ratnieks, F. L. W., & Reeve, H. K. (1992). Конфликт в сообществах перепончатокрылых с одной маткой: структура конфликта и процессы, снижающие его у видов с развитой эусоциальностью. Journal of Theoretical Biology, 158(1), 33–65. https://doi.org/10.1016/s0022-5193(05)80647-2
Sagili, R. R., & Pankiw, T. (2009). Влияние феромонов расплода на поведение при выращивании расплода и рост колонии медоносной пчелы (Apis mellifera L.). Journal of Insect Behavior, 22(5), 339–349. https://doi.org/10.1007/s10905-009-9176-1
Shimoji, H., Kikuchi, T., Ohnishi, H., Kikuta, N., & Tsuji, K. (2018). Социальное принуждение в зависимости от этапа роста муравьиной колонии. Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences, 285(1875), 20172548. https://doi.org/10.1098/rspb.2017.2548
Smith, C. R., Anderson, K. E., Tillberg, C. V., Gadau, J., & Suarez, A. V. (2008). Определение каст у полиморфного общественного насекомого: пищевые, социальные и генетические факторы. The American Naturalist, 172(4), 497–507. https://doi.org/10.1086/590961