Пустынные муравьи вида Cataglyphis nodus используют магнитное поле Земли для пространственной ориентации, но эти крошечные насекомые полагаются на другой компонент поля, чем другие насекомые, сообщает исследовательская группа под руководством Паулины Флейшманн из Ольденбургского университета (Германия) в журнале Current Biology.
Как объясняет команда в своей статье, это говорит о том, что они также используют другой механизм магниторецепции, чем большинство насекомых, изученных на сегодняшний день, включая, например, знаменитых бабочек-монархов. Исследователи подозревают, что магниторецепция у этих пустынных муравьев основана на механизме, включающем крошечные частицы минерала оксида железа магнетита или других магнитных частиц.
Как именно работает магниторецепция у животных и какой физический механизм лежит в ее основе, до сих пор является предметом оживленных дискуссий среди ученых. Одной из обсуждаемых гипотез является зависящий от света квантовый эффект, известный как механизм радикальной пары. Считается, что этот механизм используют небольшие певчие птицы и, возможно, также насекомые, такие как бабочки-монархи. Центр совместных исследований «Магнорецепция и навигация у позвоночных» под руководством биолога профессора Хенрика Моуритсена в Университете Ольденбурга собрал существенные доказательства, подтверждающие эту гипотезу.
Другая гипотеза заключается в том, что у некоторых животных магниторецепция основана на крошечных магнитных частицах в сенсорных или нервных клетках, которые указывают на магнитный север, подобно стрелке компаса. В настоящее время имеются весомые доказательства того, что обе формы магниторецепции встречаются в природе. Например, голуби, летучие мыши и морские черепахи, по-видимому, чувствуют геомагнитное поле с помощью магнитных частиц.
Поскольку предложенные механизмы магниторецепции основаны на разных физических принципах, можно спроектировать поведенческие эксперименты, чтобы определить, какой механизм используется какими животными. Ученые отходят от предпосылки, что животные с магнитным чувством, основанным на частицах, чувствительны к направлению геомагнитного поля с севера на юг, другими словами, его «полярности», тогда как те, которые полагаются на механизм радикальной пары, воспринимают наклон, т. е. угол между линиями геомагнитного поля и поверхностью Земли.
Чтобы получить больше информации о том, как функционирует магнитное чувство пустынных муравьев, Флейшманн вместе с Робином Гробом (сейчас в Норвежском университете науки и технологий, Тронхейм, Норвегия), Йоханной Вегманн и профессором Вольфгангом Рёсслером из Вюрцбургского университета, Германия, исследовали, какой компонент магнитного поля Земли способны обнаруживать эти насекомые: наклон или полярность. В 2018 году исследовательская группа обнаружила, что пустынные муравьи обладают магнитным чувством.
В текущем исследовании ученые подвергли муравьев из колонии в Греции воздействию различных управляемых магнитных полей. Для этого они установили катушки Гельмгольца над входом в гнездо и направляли муравьев, выходящих из гнезда, через туннель на экспериментальную платформу в центре катушек, где их затем снимали во время выполнения ими «обучающих прогулок» — поведения, которое демонстрируют пустынные муравьи, когда они впервые покидают свое гнездо.
Флейшманн обнаружила, завершая свой докторский проект, что муравьи используют магнитное поле Земли для запоминания направления входа в гнездо во время этих обучающих прогулок: они неоднократно прерывают свое движение вперед, чтобы остановиться и посмотреть в направлении входа в гнездо. Исследователи подозревают, что муравьи используют магнитное поле для тренировки своей зрительной памяти. Результаты исследования развития мозга муравьев, которые группа недавно опубликовала в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences, по-видимому, подтверждают это.
В текущем исследовании ученые подвергали муравьев воздействию искусственных магнитных полей, которые указывали в другом направлении относительно естественного магнитного поля Земли. Команда обнаружила, что если они только меняли вертикальную составляющую поля, наклон, это не влияло на направление взгляда муравьев: они продолжали смотреть в сторону расположения входа в гнездо во время своих обучающих прогулок. Однако, если полярность поля, то есть ось север-юг, была повернута на 180 градусов, муравьи предполагали, что вход в гнездо находится в совершенно другом месте.
На основании этих результатов исследователи делают вывод, что в отличие от бабочек-монархов или певчих птиц муравьи не используют наклон геомагнитного поля, что, вероятно, более полезно для миграции на большие расстояния. Вместо этого они полагаются на полярность поля для навигации во время своих обучающих прогулок.
«Этот тип компаса особенно полезен для навигации на сравнительно коротких расстояниях», — подчеркивает Флейшманн.
Давно известно, что пустынные муравьи обладают превосходными навигационными навыками: они живут в безликих соляных озерах североафриканской Сахары или в сосновых лесах Греции, где мало ориентиров, по которым можно ориентироваться, и они могут уходить на сотни метров от своего гнезда в поисках пищи. Когда они покидают гнездо, они движутся зигзагом, но как только находят еду, возвращаются к входу в гнездо по прямой линии.
«Открытие того, что муравьи, которые наряду с пчелами и осами относятся к отряду перепончатокрылых, используют иной механизм магниторецепции, чем другие виды насекомых, такие как бабочки или тараканы, также открывает новые возможности для изучения эволюции этой особой формы сенсорного восприятия в животном мире», — говорит Флейшманн.
