Муравьи – самая многочисленная группа живых существ на Земле. Их общий вес превышает вес всех людей вместе взятых! Муравьи похожи на людей: мечтают найти дело по душе, занимаются сельским хозяйством и строят огромные государства. Как им это удаётся?

Все муравьи – общественные насекомые, живущие одной семьёй. Размеры семьи варьируются от десятка до нескольких миллионов особей. Одно муравьиное поселение включает муравейники, сеть проторённых дорог и окрестные территории, где семья добывает пищу. Границы поселения бдительно охраняются от вражеских посягательств. В мирные времена жители соседствующих семей объединяются в федерации для обмена пищей и борьбы с конкурентами.

В каждой муравьиной семье есть одна или несколько цариц, задача которых – давать жизнь новым муравьям. Жизнь муравья начинается с отложенного царицей яйца. Если яйцо оплодотворено, из него появятся самки – плодовитые будущие царицы или бесплодные рабочие муравьи, если оплодотворения не произошло – самцы.

Самки имеют двух родителей, тогда как самцы – только матерей. Получается, что ни у одного сына нет отца, и ни у одного отца нет сына.

Основное население муравейника – рабочие особи. Плодовитые самки и самцы дома надолго не задерживаются: самцы погибают сразу после размножения, а самки дают начало новым муравейникам.

Может показаться, что царица – глава муравейника и безраздельно им правит, однако она только даёт потомство. Рабочие муравьи с царицей обходятся без должного почтения: переселяют по своему усмотрению, могут даже убить, если она перестала быть плодовитой.

Как правило, муравейник состоит из надземной и подземной частей. Надземная часть – кровля – построена из множества листочков и веточек. Муравьи постоянно перебирают и перекладывают их, проветривая и подставляя солнцу каждый слой, что защищает от плесени и помогает муравейнику высохнуть после дождя. Подземная часть – тысячи ходов с широкими отсеками и камерами, которые используются для нужд семьи. В муравейнике есть кладовка для еды, кладбище, свалка, царская камера, детские комнаты, комнаты для зимовки. Зимовки находятся в непромерзающих слоях почвы, где даже в самые лютые морозы сохраняется положительная температура. Когда с муравейника сходит снег, его жители выбираются на кровлю погреться в солнечных лучах. Согревшийся муравей возвращается в холодный муравейник, где остывает, отдавая тепло. Тысячи таких муравьёв быстро возвращают свой дом к жизни. Летом, когда тепла становится слишком много, жители открывают вентиляционные отверстия.

В густонаселённом муравейнике за каждым муравьём закрепляется круг ежедневных обязанностей, то есть каждый муравей имеет профессию. Основная характеристика, определяющая профессиональное будущее муравья – его агрессивность по отношению к врагу. Разведчики – интеллектуальная элита муравейника. Они лучше остальных находят и запоминают дорогу, но их очень мало, поэтому они должны быть осторожны и беречь себя. Будущие охранники, напротив, очень агрессивны: не рассуждая. бросаются в бой. Остальные муравьи, чья агрессивность выражена не так явно, в молодости работают няньками, а позже могут много раз сменить профессию. Вы не поверите, но у муравьёв даже существуют «курсы-переподготовки»: опытный муравей обучает молодняк тонкостям профессии. Во многом профессиональный состав зависит от текущих нужд: если семья переселяется в новый дом, часть фуражиров становится строителями, и наоборот, если необходимо, строители отправляются на поиски еды.

В муравейнике порядки суровые: нашел работу по душе – делай её хорошо. За муравьём, получившим профессиональную травму (например, увечье в бою), будут всю жизнь ухаживать, но если, например, фуражир несколько раз пришёл без добычи – его самого пустят на еду.

Поедая сок растений, тля выделяет пядь, сладкие капельки, которые очень по вкусу муравьям. Чтобы всегда иметь под рукой сладенькое, муравьи «одомашнили» тлю. Муравьи-пастухи регулярно «пасут» тлю на зелёных частях растений и «доят», а взамен защищают от хищников и берегут от холодов в муравейнике. Когда тли становится много – лишние особи съедаются, тем самым регулируется «поголовье» «коровок».

Фуражиры собирают пядь в зобик (отдел пищевода перед желудком, где пища хранится, но не переваривается). Вернувшись в муравейник, они делятся падью с другими муравьями. Из зобика фуражира пядь перекачивается в зобики других особей, которые таким же образом передают её дальше, пока пядь не распределится по всем членам семьи. Такое взаимное кормление называется трофаллаксисом.

Южноамериканские муравьи-листорезы питаются грибом, который выращивают в своём муравейнике. Учёные выяснили, что грибы в разных частях континента одинаковы – то есть листорезы вывели свой уникальный сорт грибов. Значит, муравьи стали использовать селекцию на 50 млн лет раньше человека!

Отдельный муравей глуповат: его не назовёшь архитектором, инженером или воином. Однако муравьи ведут себя как разумные существа: строят жилища, ведут хозяйство, защищают территорию. Почему?

Ключ к происходящему – их социальность. Муравьи живут большими группами (колониями) и никогда – поодиночке. Пусть отдельный муравей интеллектом не блещет, колония действует достаточно разумно: ей по плечу то, что одной особи не под силу. Разумность колонии основана на простых решениях, которые принимает каждый муравей, таких как «убежать или вступить в бой», «идти за едой или пока не стоит».

Чтобы действовать как одно целое, муравьи делятся друг с другом информацией о принятых решениях. Для этого они выделяют пахучие вещества – феромоны, а источник запаха и его интенсивность различают парными усиками.

Например, охранник сообщает фуражиру, что снаружи притаилась голодная ящерица. В свою очередь фуражир «рассказывает» об этом другим муравьям – добытчики решают остаться дома и переждать опасность. Так координируются все действия жителей колонии: от распределения обязанностей по хозяйству до ведения войны. Феромоны заполняют местообитание муравьёв, создавая своего рода «интеллектуальное пространство», которое может «читать» и изменять каждый муравей. Все жители колонии, таким образом, формируют коллективный интеллект.В муравейнике нет единого центра управления, начальников и подчинённых. Благодаря феромонам, все важные для колонии решения принимаются коллективно.

Когда муравьи-разведчики ищут место для нового дома, они разбегаются вокруг, оставляя пахучий след. Разведчик, найдя подходящее место, метит его феромонами; то же самое делают и другие муравьи. Места, отмеченные несколькими муравьями, пахнут сильнее других. По силе запаха и выбирается искомая точка.

Учёные давно заметили, что из всех существующих маршрутов к источнику пищи, муравьи используют наиболее короткий. Алгоритм поиска кратчайшего пути состоит из нескольких этапов:

1. Отправляясь на поиски пищи, муравей оставляет за собой след из феромонов, который не даёт ему заблудиться;
2. Найдя еду, муравей по проторённой дороге спешит обратно в муравейник, обновляя феромонный след, чтобы оповестить сородичей.
3. Почуяв феромоны, другие муравьи устремляются тем же путём, тем самым увеличивая количество феромонных отметин на нём.
4. Если к пище есть несколько маршрутов, то за одинаковое время по короткому пройдут больше муравьёв, чем по длинному. Кратчайший путь, отмеченный феромонами сильнее остальных, становится самым привлекательным.
5. Через некоторое время феромоны начинают испаряться. Чем больше времени занимает дорога до еды и обратно – тем меньше феромонов на ней остаётся. Невыгодные длинные пути исчезают первыми.

Если бы феромоны не испарялись, выбрать путь было бы невозможно. В таком случае, первый найденный маршрут остался бы единственным. Благодаря испарению феромонов, муравьи ищут новые пути к пище и, в конце концов, находят самый короткий.

В науке существует направление «Природные вычисления», объединяющее природные алгоритмы принятия решений и математические методы вычислений. Круг задач, решаемых с помощью природных вычислений, достаточно широк. Например, алгоритм поиска пищи, заимствованный у муравьев, используется для оптимизации маршрутов транспорта и создания сетей телекоммуникации. Когда вы с помощью навигатора ищете короткий маршрут из точки А в точку В – программа находит его с помощью муравьиного алгоритма. 

В многоклеточном организме каждая клетка выполняет определённые функции (например, участвует в пищеварении или движении), а сходные по функциям клетки объединяются в ткани. Муравейник имеет с ним много общего: все муравьи («клетки») делятся на плодовитых особей и рабочих («ткани»). Интересы отдельных особей не имеют значения. Каждый муравей живёт и погибает во благо всего сообщества. Такую систему взаимоотношений учёные называют сверхорганизмом.

Муравьи произошли много миллионов лет назад от похожих на ос насекомых-одиночек. Сегодня все без исключения муравьи живут общностями, которые держатся на трудах рабочих муравьёв. Рабочие муравьи самоотверженно выращивают потомство царицы, тогда как сами родителями не становятся. Зачем это им? С точки зрения современных учёных, каждый организм живет для того, чтобы продлить свои гены в своем потомстве. Однако то, что кажется самоотверженностью, на деле – чистой воды прагматизм. Рабочие муравьи имеют с выводком царицы половину общих генов (как у детей и родителей), как если бы это было их потомство. Работяги не переживают: у их генов есть будущее, и со спокойной душой вносят посильный вклад в общее дело.

История муравьёв длится уже 100 млн лет (для сравнения – человек разумный появился «всего-то» 40 тысяч лет назад!), а количество видов муравьёв, существующих в наши дни, перевалило за 15 тысяч. Стратегия «действовать сообща» оказалась выигрышной. Пожалуй, нам есть чему у них поучиться!