Конкурс «био/мол/текст»-2015

Эта работа опубликована в номинации «Наглядно о ненаглядном» конкурса «био/мол/текст»-2015.

---

Спонсором номинации «Лучшая статья о механизмах старения и долголетия» является фонд «Наука за продление жизни». Спонсором приза зрительских симпатий выступила фирма Helicon.

---

Спонсоры конкурса: лаборатория биотехнологических исследований 3D Bioprinting Solutions и студия научной графики, анимации и моделирования Visual Science.

Вспомним пословицы и стереотипы. Муравьи и пчелы всегда считались идеалом эффективной организации общественного труда — прямо по Хаксли. Есть матка, откладывающая яйца (у некоторых видов — еще и собирающая пищу для потомства). Есть самцы, рождающиеся из неоплодотворенных яиц и осеменяющие молодых самок. И есть рабочие муравьи — особи с недоразвитой половой системой, которые должны заботиться о благополучии и безопасности целой муравьиной семьи. Все и каждый в большом коллективе делают маленькое дело, для которого они предназначены по праву рождения. Впрочем, в случае каждой конкретной задачи существует разделение труда и внутри этих групп, причем отдельные группы рабочих муравьев выполняют определенные задачи много чаще, чем другие. Они, скажем так, находятся на конкретной должности, однако компания все еще может отправить их разгружать склад. Ученые даже стремятся подчинить эти наблюдения более-менее строгой логике: обнаруживая колонии, специализирующиеся строго на конкретной задаче (так называемые поведенческие касты) [1], и пытаясь выстроить теоретическую иерархическую систему распределения задач в муравейнике [2].

В муравейниках развиваются успешные стратегии для решения задач. Некоторые варианты алгоритмов решения даже помогли справиться с аналогичными проблемами в программировании [3], робототехнике [4], логистике, социологии [5] и экономике [6].

И все бы хорошо, но ученые из Университета Аризоны решили устроить своеобразное муравьиное реалити-шоу с целью проверить, как же на самом деле обстоят дела [7]. Исследователи взяли пять колоний муравьев Temnothorax rugatulus и каждого их члена пометили цветными точками. В течение двух недель камера высокого разрешения шесть раз в день записывала пятиминутные серии о жизни муравьев, отслеживая по цветным меткам поведение каждого. В итоге получилось, что из всех рабочих муравьев 71,9% были неактивны примерно половину времени, а 25,1% не работали вовсе! И всего лишь 2,6% были замечены работающими все время наблюдения. Помимо всего прочего, деятельность примерно половины из активных муравьев была не совсем понятна: судя по записям, они просто бродили вокруг, не преследуя конкретной цели.

Отчего это происходит? Разные ученые уже задавались этим вопросом, получая обескураживающие результаты о более чем 50% рабочих-лентяев в муравьиных семействах [8]. Настолько большая доля бездельников в сообществах должна вносить существенную недостоверность в созданные модели разделения труда. Получается, что в них берутся не все рабочие особи, а лишь смещенная выборка.

Чаще всего этот феномен объясняют двумя причинами. Первая — такие особи являются «резервным батальоном» на случай, если объем работ резко увеличится. Однако тут возникают две нестыковки. Во-первых, это не самый рациональный вариант поведения: сгружать все на одну половину рабочих, когда вторая просто ест и спит за их счет (мы не говорим о бунтах ущемленных муравьев, но логично, что работяги устают и снижают свою производительность). Но гораздо важнее экспериментальное опровержение. Был проведен опыт, направленный непосредственно на проверку этой гипотезы: в нем лентяи продолжали ничего не делать даже при увеличении нагрузки на семью, продуктивность которой в итоге падала [9]. Более того, в другом эксперименте демонстрировалось, что скорее трудяги начнут усерднее работать, чем бездельники зашевелятся [10].

Второе оправдание лентяям дают уже выявленные у социальных насекомых циркадные ритмы — общая необходимость работать и отдыхать. Возможно, работа осуществляется посменно: каждый муравей успевает поработать и отдохнуть, просто в разное время. Но в этом же исследовании Аризонского университета ученые проверили, существует ли взаимосвязь циркадных ритмов и очередности в работе с количеством нетрудящихся муравьев [7]. И получили ответ: нет, связи нет. Действительно, 25,1% особей не заняты ничем.

С одной стороны, полученные данные просто забавны. Раз уж среди муравьев столько сачкующих хитрецов, то нечего удивляться офисным работникам, имитирующим бурную деятельность. Но с другой стороны, это бросает тень на многие уже проведенные поведенческие исследования: так как обычно в них изучают какую-то деятельность муравьев, то бездействующих особей просто не берут в расчет. Однако может оказаться, что эти лентяи на самом деле выполняют какую-то задачу, но мы еще не можем понять, какую (мы же не муравьи, мы склонны все оценивать в свете человеческих социальных ролей). Возможно, они способствуют коммуникации работающих особей, и эти две группы необходимо рассматривать как взаимосвязанные [11]. А может, они служат живым пищевым резервом — сложно сказать, как обстоят дела с моралью у насекомых [12]. Или причина в том, что эти муравьи не могут работать из-за старости либо, наоборот, молодости и неопытности. Но вряд ли это поведение можно объяснить одним лишь массовым синдромом Обломова: воспроизводство столь большого количества лентяев очень дорого для колонии по количеству затраченных ресурсов.

Фактически ученые нашли новую специализацию в муравьином семействе: эффективную специализацию на ничегонеделании. И то, что этот показатель тоже варьирует внутри колонии, до сих пор несправедливо упускалось. Бездельничать можно в разной степени, да и с разными целями. Забастовка — это ведь тоже невыполнение работы, однако не просто так.

Полный вариант комикса о муравье Агате вы сможете посмотреть, нажав на эту ссылку (откроется в отдельной вкладке).

Литература

1. Pinter-Wollman N., Hubler J., Holley J-A., Franks N.R., Dornhaus A. (2012). How is activity distributed among and within tasks in Temnothorax ants? Behav. Ecol. Sociobiol. 66, 1407–1420;
2. Duarte A., Weissing F.J., Pen I., Keller L. (2011). An evolutionary perspective on self-organized division of labor in social insects. Annu. Rev. Ecol. Evol. Syst. 42, 91–110;
3. Johnson S. Emergence: the connected lives of ants, brains, cities, and software. NY: Simon and Schuster, 2002. — 288 p.;
4. Gerkey B.P., Matarić M.J. (2004). A formal analysis and taxonomy of task allocation in multi-robot systems. Int. J. Robot. Res. 23, 939–954;
5. Durkheim E. The division of labor in society. NY: Simon and Schuster, 2014. — 416 p.;
6. Becker G.S., Murphy K.M. (1992). The division of labor, coordination costs, and knowledge. Q. J. Econ. 107, 1137–1160;
7. Charbonneau D., Dornhaus A. (2015). Workers ‘specialized’ on inactivity: Behavioral consistency of inactive workers and their role in task allocation. Behav. Ecol. Sociobiol. 69, 1459-1472;
8. Dornhaus A. (2008). Specialization does not predict individual efficiency in an ant. PLoS Biol. 6, e285;
9. Johnson B.R. (2002). Reallocation of labor in honeybee colonies during heat stress: the relative roles of task switching and the activation of reserve labor. Behav. Ecol. Sociobiol. 51, 188–196;
10. Mirenda J.T., Vinson S.B. (1981). Division of labour and specification of castes in the red imported fire ant Solenopsis invicta buren. Animal Behaviour. 29, 410–420;
11. O’Donnell S., Bulova S.J. (2007). Worker connectivity: a review of the design of worker communication systems and their effects on task performance in insect societies. Insect. Soc. 54, 203–210;
12. Sendova-Franks A.B., Hayward R.K., Wulf B., Klimek T., James R., Planque R. et al. (2010). Emergency networking: famine relief in ant colonies. Animal Behaviour. 79, 473–485.