По современным оценкам, на Земле обитает около 20 квадриллионов муравьёв - в среднем по 2,5 миллиона особей на каждого человека. Это делает муравьёв не просто заметной частью биосферы, а одними из самых массовых животных на планете. Уже описано около 15,7 тысячи видов, и учёные уверены: реальное число значительно выше. Но за счёт чего муравьи добились такого доминирования, если они малы, физически слабы и живут недолго?
Муравьи (семейство Formicidae) играют ключевую роль в наземных экосистемах. Они рыхлят почву, насыщая её кислородом, ускоряют разложение органики, участвуют в круговороте веществ и помогают растениям распространять семена. Однако экосистемная важность - это следствие, а не причина их успеха. Настоящая разгадка кроется в эволюционной стратегии, которую учёные только недавно смогли подтвердить на большом массиве данных.
Главная особенность муравьёв - социальный образ жизни. Колонии нередко насчитывают тысячи и даже миллионы особей и функционируют как единый организм. При этом каждая особь - это инвестиция колонии, на выращивание которой требуются ресурсы. Здесь возникает фундаментальный эволюционный выбор: вкладываться в небольшое число крепких и дорогих особей или производить огромное количество более слабых, но дешёвых.
Ключевым элементом в этой экономике стала кутикула - внешний скелет муравья. Она состоит из хитина и белков и защищает насекомое от повреждений, высыхания и инфекций. Но у такой защиты есть цена. Хитин содержит азот, а азот - один из самых дефицитных элементов в доступной для живых организмов форме. Чем толще кутикула, тем больше азота требуется на выращивание каждой особи.
Если у вида муравьёв эволюционно закреплена толстая и прочная броня, колония физически не может вырастить много рабочих: ресурсов просто не хватает. Напротив, у видов с тонкой кутикулой каждая особь обходится дешевле, и колония способна производить их в огромных количествах.
Ещё в 2017 году мирмекологи под руководством Кристиана Питтерса из Парижского университета заметили, что толщина кутикулы у разных видов различается в десятки раз - от менее одного микрона до значений, сопоставимых с толщиной человеческого волоса. Тогда была выдвинута гипотеза: возможно, отказ от индивидуальной защиты стал ценой за массовость и путь к появлению гигантских суперколоний. Однако проверить эту идею тогда не удалось.
Работу продолжила международная группа учёных под руководством Артура Матте из Кембриджского университета. Используя методы компьютерного зрения и анализ трёхмерных микротомографических снимков, исследователи автоматически измерили толщину кутикулы у 880 образцов, представляющих 507 видов муравьёв. Данные были получены из масштабной цифровой базы Antscan - одного из крупнейших подобных архивов в мире.
Результат оказался однозначным: чем больше колонии у вида муравьёв, тем тоньше его кутикула. При этом сами рабочие особи не обязательно меньше по размеру - они просто легче бронированы. Эволюционно такие виды сделали выбор в пользу количества, превратив колонию в сложную, высокоэффективную систему с распределением ролей и задач.
Учёные также проверили влияние климата и диеты. В жарких регионах кутикула в среднем толще - вероятно, для защиты от потери влаги. Хищные виды и муравьи-листорезы, выращивающие грибы, тоже обладают более прочным панцирем. А виды, питающиеся сладкими выделениями тлей, наоборот, имеют более тонкую кутикулу. Однако ни климат, ни питание не отменяют главного правила: связь между размером колонии и толщиной брони работает независимо от этих факторов.
Самое важное открытие появилось при сопоставлении данных с эволюционным древом муравьёв. Выяснилось, что группы с тонкой кутикулой образуют новые виды значительно быстрее. Ни размер колонии, ни размер тела сами по себе не давали такого эффекта. Получается, стратегия дёшево и много стала мощным ускорителем эволюции.
Это открытие меняет взгляд на эволюционный успех. Муравьи не стали доминировать благодаря силе, агрессии или выдающимся индивидуальным способностям. Напротив, они пошли по пути радикального упрощения отдельной особи. Ослабив индивидуальную защиту, эволюция переложила ответственность на коллектив. Выживает не муравей, а колония.
Такая стратегия дала сразу несколько преимуществ: быстрое воспроизводство, гибкость, способность заселять новые территории и ускоренное появление новых видов. По сути, муравьи нашли универсальную формулу успеха - экономию ресурсов на уровне индивида ради мощности системы в целом.
В этом смысле муравьи - наглядный пример того, как эволюция может идти не путём усложнения, а путём оптимизации. Их численное господство - не результат грубой силы, а следствие тонкого баланса между затратами и выгодами. И, возможно, именно поэтому эти маленькие насекомые оказались одними из самых успешных форм жизни на Земле.
Результаты исследования опубликованы в журнале Science Advances.