Муравьиная колония как строительный материал.

Когда мы думаем о муравьях, как о строителях, мы прежде всего представляем, как они роют систему туннелей, образующих подземную часть муравьиной колонии.
Но Дэвид Хью, Натан Млот и команда других исследователей в Технологическом Институте штата Джорджия изучала совершенно другой тип строительного поведения, характерного для одного вида муравьев — Solenopsis invicta (муравей огненный импортный красный, RIFA) — представители которого строят мосты, плоты и даже временные убежища из своих собственных тел.
«Огненные муравьи способны к тому, что мы называем «самоагрегацией», — рассказывает Хью — «Они могут образовывать лодки, биваки и даже мосты, преодолевая таким образом потоки воды. Они пользуются своими телами, как строительным материалом, сцепляясь друг с другом и формируя прочные цепочки.
Эти муравьи являются инвазивными видами в Азии, Австралии и 25 штатах Америки, но их необычное поведение является эволюционным наследием тех мест, где они обитали первоначально: болота западной Бразилии, которые часто затапливаются. «Муравьи живут под землей, но когда начинается паводок, они собирают жителей своей колонии и строят плот», — говорит Хью.
Когда этот плот коснется сухой земли, муравьи продолжат свое строительство. Чтобы преодолеть потоки воды по пути их миграции, они выстраивают живые мосты, что позволяет всей их колонии выйти на безопасное место. Затем, вновь используя свои тела, они строят временное надземное убежище, которое будет их укрытием в течение нескольких дней, пока роются новые туннели. Все это время живое убежище постоянно перемещается, но сохраняет свою структуру. «Это настоящая живая архитектура: хорошо сконструированные туннели, комнаты для выращивания потомства», — рассказывает Хью. Муравьи, живущие внутри такого сооружения, могут чувствовать себя в безопасности.
Хью, являясь инженером, интересуется колониями муравьев как потенциально новым строительным материалом с беспрецедентными свойствами. В рамках последних исследований Хью и его группы, представленных на ежегодном съезде Американского физического общества, муравьиная колония может рассматриваться в контексте «активных материалов» — веществ, что могут реагировать на внешние условия, вроде самовосстанавливающегося цемента, который может использовать энергию солнца, чтобы устранять трещины.
«Мы хотели охарактеризовать это вещество — чем оно является, жидкостью или твердым телом, и как оно реагирует на внешнее воздействие», — рассказывает Хью. — «В природе, например, оно может плыть по воде, сталкиваться с камнями или попадать под ливень».
Испытывая эти «самоагрегаты», команда Хью применяет несколько методов, сравнивая структуры из живых муравьев и склеенные клубочки из мертвых в качестве контроля. Используя реометр — устройство, которое может точно измерить реакцию на стресс и поток жидкости (оно часто применяется в промышленности, например, при разработке нового шампуня), — ученые обнаружили, что муравьи постоянно реорганизуют свою структуру для поддержания стабильности.
Есть вещества, которые ведут себя, как жидкости, если воздействие на них оказывается медленно, и как камень, если что-то врезается в них с большой скоростью. Исследователи обнаружили, что муравьиная структура обладает сочетанием свойств жидкости и твердого тела при любых раскладах. Она активно деформируется, чтобы адаптироваться к влиянию стрессора (как жидкость), но после возвращается в первоначальное состояние.
«В естественной среде для муравьев это имеет большое значение,» — рассказывает Хью. — «Если они плывут на плоте вниз по течению, то не могут управлять своим движением, и если им встретиться препятствие вроде веток, то они способны их обтекать подобно амебе».
Упругость и плавучесть муравьев также примечательны. Когда исследователи пытались «утопить» муравьиные плоты, они обнаружили, что те обладают свойствами, которые не давали им это сделать. Возможно, это результат того, что экзоскелет муравьев является гидрофобным. Когда множество муравьев образуют плавучую структуру, вода не проникает в зазоры между насекомыми, зато пузырьки воздуха стремятся вытолкнуть всю конструкцию на поверхность.
Самая большая тайна муравьев-строителей это то, как они умудряются кооперироваться, чтобы создавать такие сооружения. Как правило, связь между муравьями обеспечивается невидимыми дорожками феромонов, которая остается на поверхности земли, однако в данном случае такой вид связи является маловероятным. Кропотливое исследование показало, что для общения друг с другом муравьи используют челюсти и маленькие коготки на конце их ног. «Мы считаем, что они общаются через прикосновение,» — отмечает Хью, — «но на самом деле еще не вполне понимаем, как».