Как муравьи ползают по стенам и бросают вызов гравитации

Когда я только начал работать биологом в Университете Южной Флориды, я приехал на своем джипе на травянистое поле, выкопал кучу огненных муравьев и высыпал ее в 5-галлонное ведро. Тут же тысячи муравьев вылезли из почвы и по стенкам ведра устремились на свободу. К счастью, у меня была крышка.

Как муравьи так легко лазают по стенам, потолкам и другим поверхностям? Я изучаю муравьев уже 30 лет, и их способности к лазанию не перестают меня удивлять.

Рабочие муравьи - все самки - обладают внушительным набором когтей, шипов, волосков и липких подушечек на лапах, которые позволяют им преодолевать практически любые поверхности.

Человеческие руки против муравьиных ног

Чтобы понять, что такое муравьиные ноги, нужно сравнить их с человеческими руками. У вашей руки есть один широкий сегмент - ладонь. От ладони отходят четыре пальца и большой палец. Каждый палец состоит из трех сегментов, а большой палец - только из двух. На кончиках пальцев и большого пальца растет твердый ноготь.

У людей две руки, у муравьев - шесть ног. Ноги муравья похожи на руки, но они более сложные, с дополнительным набором странно выглядящих частей, которые улучшают их.

Крупный план одной многосегментной муравьиной ноги. Каждая лапка покрыта шиповидными инструментами, которые помогают захватить практически любую поверхность. Деби Кассилл, CC BY-ND

Ноги муравья состоят из пяти сочлененных сегментов, на конце которых имеется пара когтей. Когти по форме напоминают кошачьи и могут цепляться за неровности на стенах. Каждый сегмент лапки также имеет толстые и тонкие шипы и волоски, которые обеспечивают дополнительное сцепление, втыкаясь в микроскопические ямки на текстурированных поверхностях, таких как кора. Когти и шипы имеют дополнительное преимущество - они защищают муравьиные лапы от горячего асфальта и острых предметов, так же как ваши ноги защищает обувь.

Но особенностью, которая действительно отличает человеческие руки от муравьиных ног, являются надувные липкие подушечки, называемые аролиями.

Липкие ноги

Аролии расположены между когтями на кончике каждой муравьиной лапки. Эти шарообразные подушечки позволяют муравьям не подчиняться гравитации и ползать по потолку или сверхтвердым поверхностям, таким как стекло.

Надувные липкие подушечки придают цепкость. Деби Кассилл, CC BY-ND

Когда муравей идет по стене или по потолку, под действием силы тяжести его клешни широко раздвигаются и отводятся назад. В то же время мышцы его ног нагнетают жидкость в подушечки на конце лап, заставляя их раздуваться. Эта жидкость называется гемолимфа - липкая жидкость, похожая на кровь, которая циркулирует по всему телу муравья.

После того как гемолимфа накачивает подушечку, часть ее вытекает наружу, благодаря чему муравьи могут прилипать к стене или потолку. Но когда муравей поднимает лапку, мышцы его ноги сокращаются и всасывают большую часть жидкости обратно в подушечку, а затем обратно в лапку. Таким образом, кровь муравья используется снова и снова - перекачивается из лапки в подушечку, затем всасывается обратно в лапку - и ничего не остается позади.

Муравьи очень легкие, поэтому шести липких подушечек достаточно, чтобы удержать их против силы тяжести на любой поверхности. На самом деле, дома, в своих подземных камерах, муравьи используют свои липкие подушечки, чтобы спать на потолке. Спя на потолке, муравьи избегают часового движения других муравьев на полу камер.

Уникальная походка

Когда вы идете, ваши левая и правая ноги чередуются, так что одна стоит на земле, а другая находится в воздухе, двигаясь вперед. Муравьи также чередуют свои ноги: три на поверхности и три в воздухе одновременно.