Муравьи-листорезы обзавелись обогащенной магнием кальцитовой броней
У рабочих особей муравьев-листорезов Acromyrmex echinatior обнаружили минеральную броню. Их кутикула покрыта слоем обогащенного магнием кальцита, который вдвое повышает ее прочность. Судя по всему, эта адаптация защищает рабочих A. echinatior от солдат других видов листорезов, а также грибковых инфекций. Как отмечается в статье для журнала Nature Communications, ранее считалось, что экзоскелет насекомых не минерализуется.
Многие морские беспозвоночные, включая моллюсков, иглокожих и кораллы, строят раковины и экзоскелеты из различных модификаций карбоната кальция. Включение дополнительных веществ может сделать отдельные скелетные элементы еще более твердыми. Так, в зубах морских ежей Strongylocentrotus fragilis расположены структуры из пропитанного магнием кальцита, позволяющие им разгрызать известняк.
Хотя включение магния в состав экзоскелета позволяет значительно повысить его прочность, это решение по какой-то причине встречается в природе очень редко. Не менее странным кажется тот факт, что представители самой разнообразной группы беспозвоночных, насекомые, не используют при построении скелетов карбонат кальция — в отличие от ракообразных, от которых они, согласно современным представлениям, произошли.
Команда исследователей во главе с Кэмероном Карри (Cameron R. Currie) из Висконскинского университета в Мадисоне решила больше узнать о строении экзоскелетов насекомых. Объектом их внимания стали муравьи-листорезы Acromyrmex echinatior, обитающие на территории от Мексики до Панамы. Как и некоторые другие виды листорезов, они практикуют сельское хозяйство — выращивают грибы из семейства Agaricaceae.
Авторы обратили внимание, что темно-коричневая кутикула крупных рабочих A. echinatior покрыта беловатым зернистым налетом. Изучив эти структуры с помощью электронной микроскопии и ряда других методик, исследователи пришли к выводу, что они представляют собой слой обогащенного магнием кальцита на поверхности экзоскелета муравьев. Этот слой состоит из идиоморфных ромбоэдрических кристаллов длиной от трех до пяти микрометров.
Чтобы изучить, как именно формируется минеральный слой на кутикуле A. echinatior, Карри с коллегами поместили ее фрагменты в раствор, насыщенный ионами магния и кальция. В результате на их поверхности появился слой кристаллов — кальцит с высоким содержанием магния. Когда в аналогичные условия поместили кутикулу другого вида муравьев-листорезов, Atta cephalotes, на ее волосках сформировались кристаллы другой модификации карбоната кальция — арагонита, однако минеральный слой на поверхности не появился.
Дополнительные эксперименты подтвердили, что формирование кальцитового слоя управляется белками верхнего слоя кутикулы, а не происходит за счет случайного осаждения. Интересно, что этот процесс наблюдали на кутикуле зрелых рабочих особей, но не у личинок. Выращивая крупных рабочих A. echinatior в контролируемых условиях, исследователи выяснили, что в первые шесть дней после выхода из куколки минерального слоя на поверхности их тела еще нет: он формируется только на восьмой день.
Средняя твердость хитиновой кутикулы обычного муравья (не обогащенная минералами) составляет 0,73 гигапаскаля. У крупных рабочих A. echinatior этот показатель составляет 1,55 гигапаскаля. Учитывая, что толщина кальцитового слоя достигает 2,3 микрометра (при средней толщине кутикулы 33,5 микрометра), данному виду удалось вдвое поднять твердость экзоскелета за счет увеличения его толщины всего на семь процентов.
Вероятно, минеральная броня обеспечивает крупным рабочим особям A. echinatior защиту от солдат других видов муравьев, которые совершают набеги на их колонии. В экспериментах муравьи с кальцитовым слоем на кутикуле значительно эффективнее противостояли более крупным солдатам A. cephalotes, чем их сородичи без брони. Учитывая, что крупные рабочие A. echinatior часто покидают гнездо для сбора листьев (мелкие рабочие обычно трудятся внутри), наличие брони кажется для них очень полезным.
Впрочем, кальцитовый экзоскелет может служить и для защиты от инфекций. Исследователи обнаружили, что рабочие особи с минеральным слоем на кутикуле значительно более устойчивы к грибку Metarhizium anisopliae по сравнению с сородичами, которые его лишены.
Авторы отмечают, что муравьи-листорезы относятся к числу наиболее изученных тропических насекомых. Тот факт, что обнаружить кальцитовую броню у них удалось только сейчас, свидетельствует, что аналогичная адаптация может быть распространена среди насекомых намного шире, чем считалось раньше.
Насекомым не обязательно пропитывать свои экзоскелеты минералами, чтобы добиться их прочности. Например, панцирь жука Nosoderma diabolicum настолько крепкий, что позволяет владельцу пережить наезд легкового автомобиля. Согласно недавнему исследованию, прочность панцирю данного вида придают его конструктивные особенности.
Сергей Коленов
Они повлияли на выбор материала и размер барабанных палочек
Самцы черных какаду при изготовлении музыкальных инструментов, с помощью которых они барабанят по стволам деревьев, выбирают их материал и размеры в зависимости от индивидуальных предпочтений. Орнитологи выяснили, что некоторые представители этого вида создают барабанные палочки только из веток, а другие также используют твердые оболочки плодов. Кроме того, ученые выявили индивидуальные различия в размерах барабанных палочек. Результаты исследования опубликованы в статье для журнала Proceedings of the Royal Society B. Черные какаду (Probosciger aterrimus) выработали необычный способ общения с сородичами. Самцы этих попугаев из популяции, обитающей на австралийском полуострове Кейп-Йорк, во время брачных демонстраций берут в левую лапу ветку или твердую оболочку плода гревиллеи Grevillea glauca и ритмично ударяют ими по стволу дерева (хотя нередко они просто бьют по стволу лапой). Так они производят громкий звук, с помощью которого обозначают границы территории и привлекают самок. Ритм этого звука у каждого самца индивидуален. А чтобы музыкальными инструментами было удобнее пользоваться, какаду обкусывают ветки до примерно 20-сантиметровой длины и удаляют с них листья и придают оболочкам плодов определенную форму. Как правило, на территории самцов есть несколько деревьев для демонстраций — и они переносят барабанные палочки между ними. https://youtu.be/2_wh3liNT_o Команда орнитологов под руководством Роберта Хейнсона (Robert Heinsohn) из Австралийского национального университета решила больше узнать о том, как черные какаду создают музыкальные инструменты из веток и плодов. Для этого исследователи отправились в национальный парк Кутини-Пайяму, расположенный на полуострове Кейп-Йорк. В 2013–2015 годах они собрали около демонстрационных деревьев какаду, расположенных в парке и его окрестностях, 256 музыкальных инструментов этих птиц: 227 из них были сделаны из веток и 29 — из оболочек плодов. Средняя длина барабанных палочек из веток составила 208,6 миллиметра, ширина — 12,8 миллиметра, а масса — 15,8 грамма. Средняя хорда палочек (то есть кратчайшее расстояния между концами палочки) равна 209,6 миллиметра, кривизна (вычисленная путем деления длины палочки на ее хорду) — 1,02, а количество сучков, оставшихся после удаления второстепенных веточек — 2,2. Музыкальные инструменты их оболочек плодов имели средние размеры 39,1 миллиметра на 41 миллиметр на 33,9 миллиметра. На следующем этапе Хейнсон и его коллеги оценили индивидуальные предпочтения какаду при выборе материала для музыкальных инструментов и их обработке. Чем больше инструментов авторы находили под демонстрационным деревом, тем выше была вероятность, что среди них окажется оболочка плода. Кроме того, выяснилось, что самцы чаще используют инструменты из оболочек плодов вместе с барабанными палочками из веток, если их соседи пользуются только барабанными палочками. При этом, хотя многие самцы барабанили только ветками, ни один из тринадцати самцов, под деревом которого исследователи нашли больше шести инструментов, не барабанил только оболочками плодов. Лишь у одной особи из четырнадцати инструментов, найденных под демонстрационным деревом, тринадцать были сделаны из оболочек плодов. В целом анализ продемонстрировал, что предпочтения самцов при выборе материала для инструментов распределены не случайным образом. Ограничив выборку двенадцатью самцами, под деревьями которых были найдены более шести инструментов (особь, отдававшую предпочтение оболочкам плодов, из этого анализа исключили), Хейнсон с соавторами установил, что длина и хорда барабанных палочек заметно отличаются от особи к особи. Похожие закономерности были выявлены для музыкальных инструментов, использовавшихся какаду в течение одного сезона, причем в данном случае к различиям в длине и хорде добавились различия в ширине и массе. Результаты исследования демонстрируют, что у самцов черных какаду есть индивидуальные предпочтения при выборе материала для изготовления музыкальных инструментов. Кроме того, разные особи предпочитают барабанные палочки разного размера и формы. Авторы подчеркивают, что ветки деревьев и плоды гревиллей, подходящие для изготовления музыкальных инструментов, встречаются в парке Кутини-Пайяму в изобилии. Таким образом, индивидуальные различия в предпочтениях какаду нельзя объяснить дефицитом материалов. Зоологам уже известны примеры видов, представители которых демонстрируют индивидуальные предпочтения при выборе материала для инструментов и их изготовлении. Например, новокаледонские вороны (Corvus moneduloides) из разных популяций создают крючки и колючки из разных видов растений. Однако черные какаду стали первым примером такой индивидуальной изменчивости при изготовлении инструментов, не связанных с добычей пищи. Возможно, различия в предпочтениях какаду связаны с тем, что у каждого самца есть свой индивидуальный стиль барабанного боя. При этом молодые птицы, скорее всего, формируют эти предпочтения, наблюдая за барабанящими отцами. Ранее орнитологи выяснили, что танимбарские какаду (Cacatua goffiniana), которые обитают на востоке Индонезии, создают из дерева три разных типа инструментов и используют их, чтобы извлечь содержимое из-под оболочки семян церберы. Толстый тупой клин позволяет расширить щель во внешнем слое, маленький острый «нож» — разрезать лежащую ниже тонкую оболочку, а «ложкой» птица извлекает кусочки семени. Орнитологи, описавшие данное поведение, предполагают, что это самый сложный пример использования инструментов среди всех животных, у которых нет рук.