Когда сильный дождь затапливает муравейник, некоторые огненные муравьи не пытаются поодиночке переплыть воду. Вместо этого тысячи насекомых сцепляются друг с другом и образуют живой плот, способный удерживаться на поверхности. Такое поведение помогает колонии пережить наводнение и добраться до сухого места.
Способность строить плоты хорошо изучена у красного огненного муравья Solenopsis invicta. Этот вид происходит из Южной Америки и распространился в другие регионы, где считается инвазивным. При подъёме воды муравьи покидают подземные ходы и собираются в плотную подвижную массу.
Рабочие особи соединяют тела лапками и челюстями. В результате возникает не случайная куча, а сеть взаимных зацеплений, которая сохраняет целостность при движении воды. Верхние муравьи могут перемещаться по поверхности конструкции, а нижние поддерживают её снизу.
Главный секрет плавучести связан не с тем, что каждый муравей умеет хорошо плавать. Между телами насекомых задерживается воздух, а водоотталкивающая поверхность их покровов мешает воде быстро проникать внутрь. Вместе эти свойства позволяют коллективной конструкции оставаться на плаву.
В исследовании, опубликованном в 2011 году в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences, учёные из Технологического института Джорджии наблюдали за формированием таких плотов с помощью покадровой съёмки. Они показали, что даже большие группы перестраиваются в плавающую конструкцию за считаные минуты.
Эксперименты также выявили способность плота сохранять примерно одинаковую толщину при изменении числа насекомых. Когда часть муравьёв убирали с верхнего слоя, другие перемещались и занимали освободившиеся места. Это помогает конструкции приспосабливаться к меняющимся условиям.
Муравьи, оказавшиеся в нижней части плота, не обязательно находятся полностью под водой. Воздушные прослойки вокруг их тел помогают сохранять контакт с воздухом. Однако такая защита не означает, что отдельное насекомое может бесконечно оставаться под водой.
Позднее исследователи выяснили, что на начальном этапе объединения важны и физические силы. В работе 2022 года команда Технологического института Джорджии связала сближение небольших групп муравьёв с капиллярным притяжением на поверхности воды, известным как «эффект хлопьев Cheerios». Он возникает и тогда, когда плавающие предметы сами тянутся друг к другу.
Это не отменяет активных движений муравьёв: после сближения они закрепляют контакты и перестраивают общую форму. По данным экспериментов, устойчивый маленький плот может сформироваться уже из десяти особей. В большой колонии тот же принцип действует в значительно большем масштабе.
Вместе с рабочими особями на плоту могут находиться матка и молодые стадии развития. Для колонии важно сохранить не только отдельных взрослых насекомых, но и возможность восстановить гнездо после спада воды. Поэтому коллективное перемещение становится способом выживания всей семьи.
В зависимости от погоды, течения и доступности суши такие плоты способны держаться на воде продолжительное время. Но утверждать, что любая колония гарантированно переживёт наводнение, нельзя: сильный поток, волны и другие условия могут разрушить конструкцию.
Для людей плавающие скопления огненных муравьёв представляют опасность. Насекомые способны жалить, а при соприкосновении с предметом или берегом быстро перебираются на новую опору. Во время паводка к таким скоплениям не следует приближаться и тем более пытаться брать их руками.
Учёных интересует не только биология этого явления, но и его инженерная сторона. Плот формируется без единого руководителя, за счёт простых взаимодействий множества участников. Изучение таких систем помогает понять принципы коллективного поведения и может подсказать решения для мягких материалов и групп роботов.