Муравьи ампутировали сородичам поврежденные ноги

Рабочие особи муравьев-древоточцев C. floridanus ампутируют сородичам поврежденные ноги. Эксперименты показали, что подобные операции заметно снижают смертность травмированных насекомых от проникающих в рану инфекций. Как отмечается в статье для журнала Current Biology, ранее считалось, что только люди практикуют ампутацию в медицинских целях.

Представители некоторых видов муравьев проявляют заботу о раненых сородичах. Лучше всего подобное поведение задокументировано у матабеле (Megaponera analis), специализированных охотников на термитов из тропиков и субтропиков Африки. Ежедневно эти муравьи совершают от трех до пяти набегов на близлежащие термитники. Во время охотничьих рейдов некоторые нападающие особи получают травмы от термитов-солдат, которые защищают свои гнезда. Если муравью удалось обойтись легкими повреждениями, например, потерей одной-двух конечностей или антенны, сородичи эвакуируют его в родной муравейник, очистят ему раны и при необходимости продезинфицируют их противомикробным секретом метаплевральных желез. Однако тяжело раненых особей матабеле оставляют умирать на поле боя.

Команда энтомологов под руководством Эрика Франка (Erik. T. Frank) из Университета Лозанны описала еще один пример помощи раненым у муравьев. Во время наблюдений в лаборатории за североамериканскими муравьями-древоточцами Camponotus floridanus исследователи заметили, что эти насекомые иногда отгрызают поврежденные конечности в остальном полностью здоровым сородичам. Чтобы больше узнать о подобном поведении, Франк и его коллеги провели серию экспериментов. Сначала исследователи разделили колонию C. floridanus на четыре субколонии численностью по 100 рабочих особей (маток и молодых особей среди них не было). В каждую из них поместили по два муравья из той же колонии, которым предварительно с помощью стерильных ножниц отрезали часть задней правой ноги в середине бедра. В течение шести часов после нанесения раны поведение насекомых фиксировали на видео. Затем опыт повторили, уже в пяти субколониях C. floridanus численностью по 200 особей. В каждую из них поместили по четыре муравья: у двух задняя часть задней правой ноги была отрезана в середине бедра и у двух — в районе голени.

Проанализировав полученные материалы, Франк и его соавторы обнаружили, что муравьи C. floridanus целиком отгрызли поврежденную конечность 76 процентам сородичей с травмой в районе бедра. Ампутация происходила в среднем через 240 минут после нанесения раны. Каждый раз она проходила по одному и тому же сценарию: сначала муравьи очищали и облизывали поврежденную ногу сородича, постепенно поднимаясь к вертлугу, после чего неоднократно кусали ее и в конце концов отделяли от тела. В последующие часы интерес насекомых к лишившимся конечности членам колонии снижался. В то же время ни одна из особей, которым ученые обрезали ногу в районе голени, не подверглась ампутации. Однако сородичи уделяли очистке и облизыванию таких повреждений больше времени, чем ранам в районе бедра (в среднем 36 минут против 18 минут); а также не теряли к ним интереса на протяжении всех шести часов.

У C. floridanus, в отличие от упомянутых выше M. analis, нет метаплевральных желез, выделяющих антимикробный секрет. Таким образом, эти муравьи, возможно, практикуют ампутацию конечностей в качестве альтернативной стратегии, позволяющей защитить раненых сородичей от инфекций. Для проверки данной гипотезы исследователи вновь отрезали подопытным особям часть задней правой ноги, в районе бедра или голени. После этого насекомых разделили на четыре группы. Представителям первой из них авторы обработали рану стерильным фосфатно-солевым буферным раствором. Муравьи из второй группы подверглись аналогичной обработке, но в их случае в растворе содержались патогенные бактерии синегнойные палочки (Pseudomonas aeruginosa). Затем насекомых из первой и второй групп держали в изоляции на протяжении 72 часов. Особей из третьей группы после обработки раны раствором с синегнойной палочкой помещали в субколонию из 200 особей. Наконец, в четвертой группе ученые сами ампутировали муравьям поврежденную ногу в районе вертлуга через час после заражения раны. Этих особей также изолировали.

Среди муравьев с раной на бедре самую низкую выживаемость продемонстрировали содержавшиеся в изоляции зараженные особи. В трех других группах доля выживших оказалась примерно одинаковой. А вот для насекомых с травмой голени были получены иные результаты. Те из них, кого ученые инфицировали и разместили в изоляции, погибали от инфекции значительно чаще, чем подвергшиеся аналогичной обработке особи с травмой бедра. А муравьи с инфицированной раной в районе голени, которым авторы сами отрезали конечность, демонстрировали пониженную выживаемость по сравнению с особями, которых поместили к сородичам или вовсе не заражали. Таким образом, в случае раны на бедре ампутация поврежденной ноги учеными защищала муравьев от инфекции так же эффективно, как и проведенная представителями их собственного вида. Однако ампутация ноги из-за раны на голени, которую проводили люди, не повышала шансы насекомого на выживание. Эксперимент также подтвердил, что муравьи отгрызают конечности только тем сородичам, у которых повреждено бедро. Из 24 зараженных особей с такой травмой, которых исследователи вернули в субколонии, 21 были подвергнуты ампутации и выжили. Оставшиеся три особи сохранили поврежденные ноги и погибли из-за инфекции. Для сравнения, ни одна из 24 зараженных особей с раной на голени не была подвергнута ампутации.

В ходе дополнительных тестов исследователи продемонстрировали, что риск смерти раненых муравьев зависит от бактериальной нагрузки. В случае травмы бедра она оказалась максимальной для зараженных и изолированных насекомых, в то время как ампутация конечности сородичами и людьми одинаково эффективно снижала ее. В случае травмы голени максимальная бактериальная нагрузка была выявлена у зараженных и изолированных особей, независимо от того, ампутировали ли им ногу ученые или нет. У вернувшихся в субколонию муравьев этот показатель был ниже благодаря заботе сородичей, которые очищали и облизывали рану.

По мнению Франка и его коллег, муравьи по-разному относятся к ранам на бедре и на голени из-за физиологических различий между этими частями конечности. В бедре расположены большинство мышц, ответственных за движение гемолимфы в ноге, поэтому травма в этой области заметно ухудшает кровоток, мешая бактериям проникнуть дальше в организм насекомого. В таком случае своевременное удаление поврежденной ноги способно спасти пострадавшую особь от инфекции. Напротив, в голени мало мышц, но много полостей, по которым движется гемолимфа. Из раны в этой части конечности бактерии быстро разойдутся по телу насекомого. В таком случае сородичи не успеют вовремя ампутировать конечность. Вероятно, именно поэтому муравьи не отгрызают ноги сородичам, если те ранены в район голени. При этом, в отличие от M. analis или черных садовых муравьев (Lasius niger), C. floridanus не способны определить, инфицирована ли рана сородича — и ампутируют поврежденные конечности зараженным и незараженным особям с одинакой частотой. Вероятно, это связано с особенностями их местообитания, где вероятность заражения раны слишком велика, чтобы рисковать.

Ранее энтомологи выяснили, что бурые лесные муравьи (Formica fusca), зараженные паразитическим грибком, активнее поедают тлей Megoura viciae, тела которых служат источником перекиси водорода. Эта стратегия помогает насекомым успешно бороться с инфекцией, но только в случае, когда у них есть доступ к полноценному и разнообразному питанию.