Муравьи оказались сильнее, чем принято считать
Пока мир наблюдал за тем, как олимпийцы катаются на коньках, прыгают и летают по воздуху в Сочи, исследователи изучали куда более крошечных, но не менее впечатляющих спортсменов: скромных луговых муравьёв (Formica pratensis).
Результаты нового исследования показали, что шейный сустав лугового муравья способен выдерживать вес, в 5 тысяч раз превышающий массу тела насекомого.
Ранее учёные видели фотографии, где муравьи были запечатлены во время перетаскивания мёртвых птенцов. Исследователи тогда подсчитали, что мураши способны нести вес, превышающий их собственный в тысячу раз. Новые данные удивили энтомологов и других специалистов ещё больше.
"Мы думали, что муравьи могут выдержать ношу в тысячу раз больше их веса, поэтому начали с этой отметки, – говорит Карлос Кастро (Carlos Castro), инженер из университета штата Огайо. – Изначально мы не предполагали, что у муравьёв обнаружатся какие-то экстремальные возможности, но они удивили нас".
Тестирование силы муравьёв происходило в крайне неблагоприятных для насекомых условиях. Кастро и его коллеги приклеили усыплённых луговых муравьёв головами к центрифуге размером с компакт-диск. Когда диск начинал вращаться, силы, приложенные к насекомым, постепенно увеличивались. В конечном итоге их шеи деформировались и тела отрывались от голов.
"Нам пришлось установить оргстекло вокруг центрифуги, чтобы защитить аспирантов от летящих во все стороны кусков насекомых, – рассказал Кастро. – Шеи муравьёв, кстати, разрывались в тот момент, когда центрифуга давала нагрузку, превышавшую массу их тела в 3400-5000 раз".
Также Кастро использовал микрокомпьютерную томографию для 3D-реконструкции шейного сустава лугового муравья. Оказалось, что на поверхности шеи расположена целая микроструктура из выпуклостей и складок, помогающая насекомому осиливать столь большие нагрузки.
Оппоненты Кастро отмечают, что, несмотря на очевидную выносливость мурашей, такое исследование не обязательно демонстрирует тот вес, который насекомое способно поднять и перенести.
"Авторы исследования показали, что муравей может поднять такую массу, – говорит Карин Молл (Karin Moll), биолог, изучающий муравьёв во Фрайбургском университетском колледже в Германии. – Но поднять груз и нести его – это разные вещи. Фактически выполнимые нагрузки, как правило, гораздо легче".
Томас Эндлейн (Thomas Endlein), исследователь из университета Глазго, изучавший липкие подушечки на лапках муравьёв, добавил, что поднятие большого веса проблематично по многим причинам и зависит также от мышечной массы, жёсткости экзоскелета и чувства равновесия. Наибольшей проблемой является балансировка веса: сложно избежать падения, если ноша имеет необычную форму или крайне тяжела.
Кастро считает, что эта научная работа может привести к созданию роботов, которые могли бы поднимать и нести тяжёлые грузы, во множество раз превышающие их тела по массе. Он также планирует изучить больше видов муравьёв с механической точки зрения, рассмотреть их мускулатуру, а также различные социальные роли в пределах одного вида. На самом деле, исследователь уверен, что самые сильные особи смогут выдержать вес, и в 10 тысяч раз превышающий их собственный.
Подробности исследования были опубликованы в издании Journal of Biomechanics.