Эволюция выбрала массовость: почему муравьи стали одними из самых успешных существ

Количество или качество — дилемма, с которой человек сталкивается почти ежедневно. Что эффективнее: один исключительно сильный участник команды или десятки средних, но слаженно работающих вместе? Этот вопрос кажется абстрактным, но в природе он решается уже миллионы лет. Муравьи — один из самых наглядных примеров того, как выбор между индивидуальной силой и численностью определяет успех вида. Об этом сообщает научное издание со ссылкой на новое международное исследование.

Как муравьи выбирают между силой и числом

В биологии муравьёв "качество" означает, сколько ресурсов организм тратит на прочность тела, а "количество" — сколько рабочих особей способна поддерживать колония. Ключевую роль здесь играет кутикула — внешний защитный слой, выполняющий функцию брони. Она защищает от хищников, обезвоживания и болезней, а также служит опорой для мышц.

Создание толстой кутикулы требует больших затрат. Для этого нужны азот и минералы — ресурсы, которые в природе часто ограничены. Чем больше питательных веществ уходит на броню одного муравья, тем меньше рабочих особей может вырастить колония. Если же защита тоньше, численность резко возрастает.

Именно этот баланс между защитой и популяцией исследователи решили проверить на масштабных данных.

Муравьи как модель социальной эволюции

Муравьи считаются одной из лучших моделей для изучения эволюции социальных систем. Размер их колоний варьируется от нескольких десятков до миллионов особей. Одни виды делают ставку на индивидуальную силу, другие — на массовость и кооперацию, что перекликается с тем, как социальные связи влияют на биологическое старение у животных.

Старший автор исследования, заведующий кафедрой энтомологии Университета Мэриленда Эван Экономо, объясняет это шире:

"В биологии есть вопрос о том, что происходит с организмами по мере того, как общества становятся всё более сложными. Задачи, которые раньше должен был решать одиночный организм, может взять на себя коллектив", — отметил Экономо.

Ведущий автор работы Артур Матте, аспирант Кембриджского университета, добавляет:

"Муравьи повсюду. Но базовые стратегии, которые позволили им создать огромные колонии и невероятное разнообразие видов, долгое время оставались не до конца понятными".

Что показали измерения сотен видов

Команда изучила более 500 видов муравьёв, используя высокоточное 3D-рентгеновское сканирование. Учёные измеряли размеры тела и объём кутикулы, а затем сопоставляли данные с эволюционными моделями.

Разброс оказался впечатляющим. У одних видов кутикула составляла около 6% объёма тела, у других — доходила до 35%. При этом чётко прослеживалась закономерность: виды с более тонкой бронёй чаще формировали значительно более крупные колонии. Этот паттерн повторялся независимо в разных ветвях эволюционного древа.

Экономо подчёркивает, что подобную гипотезу раньше обсуждали теоретически, но впервые удалось проверить её на таком большом массиве данных социальных насекомых.

Меньше брони — больше командной работы

На первый взгляд тонкая защита кажется рискованной. Меньше брони — выше уязвимость. Однако в больших колониях индивидуальный риск компенсируется коллективом. Совместный поиск пищи, групповая оборона гнезда и чёткое разделение труда снижают зависимость от силы отдельной особи — подобно тому, как поведение животных формируется коллективными стратегиями.

"Муравьи сокращают инвестиции в одного рабочего в одной из самых затратных тканей ради выгоды всей колонии", — пояснил Матте.

По его словам, это похоже на эволюцию многоклеточных организмов: отдельные клетки становятся проще, но вместе образуют более сложную систему. Такой подход запускает замкнутый круг — большие колонии ещё больше снижают потребность в индивидуальной броне.

Экономо называет этот процесс "эволюцией сжимаемости", подчёркивая, что насекомые отличаются по прочности куда сильнее, чем принято думать.

Быстрая эволюция и освоение новых сред

Исследование выявило ещё один важный эффект. Линии муравьёв с меньшими вложениями в кутикулу демонстрировали более высокие темпы диверсификации — новые виды в них возникали чаще. В эволюционной биологии это считается признаком успеха.

Одна из причин может быть связана с питанием. Виды, которым требуется меньше азота и минералов, оказываются более универсальными и способны выживать там, где пища бедна ресурсами. Это облегчает расселение и освоение новых экосистем.

Что этот принцип значит шире

Экономо проводит параллели с человеческой историей. Ранние армии делали ставку на тяжеловооружённых воинов, но со временем более лёгкие и специализированные солдаты, действующие массово, оказались эффективнее. Похожие выводы заложены и в законах Ланчестера, показывающих, как численность может перевесить индивидуальную силу.

"Компромисс между количеством и качеством есть повсюду — в еде, знаниях, воспитании потомства", — отметил Матте.

История муравьёв показывает, что эволюционный успех не всегда принадлежит самым сильным. Часто выигрывает тот, кто умеет действовать вместе и масштабировать сотрудничество.