Муравьи на раскаленной плите: как выжить в жарком аду Сахары

«Пищу найдешь там, где умирают другие», – это жизненное кредо «серебряного» муравья Cataglyphis bombycinus. Он отлично приспособлен для выживания в жарком аду Сахары.

Солнце встает над безоблачным небом и на полной скорости врезается в песок Сахары. Температура ртути в градуснике поднимается до пятидесяти градусов по Цельсию. Даже самые стойкие из этого ада исчезают и ждут в своих укрытиях вечернего охлаждения. Только для одного существа приближающийся полдень – сигнал покинуть холодное подполье. Сотни крошечных серебристых муравьев Cataglyphis bombycinus вылезают из коридоров муравейника, словно по команде. Их главных врагов изгнали ящерицы из песчаных дюн. Так что на улице безопасно. В то же время, когда пекло разрастается, муравьи сияют в надежде, что они встретят существо, которое недостаточно быстро убегало от жары и заплатило за свою лень своей жизнью. Это их добыча.

Муравьи должны быть быстрыми. Они выходят на охоту, когда температура поднимается до 47 °C, и должны вернуться в гнездо до того, как воздух нагреется до более чем 53,6 °C. Максимальные температуры в Сахаре достигают 70 °C, что слишком много для «тугоплавких» муравьев. Таким образом, у них обычно есть только десять минут, чтобы отправиться в гастрономическое путешествие. Чтобы не терять ни секунды драгоценного времени, муравьи полагаются на идеальную солнечную навигацию. Благодаря ему они всегда найдут кратчайший путь к безопасности колонии.

Муравьи приспособлены к жизни в Сахаре и другими способами. Например, у них более длинные конечности и они держат тело подальше от горячего песка. При беге на полной скорости они поднимают первую пару конечностей над песком и бегают только на второй и третьей паре ног. Это уменьшает контакт с горячими поверхностями. Стороннему наблюдателю муравьи, мчащиеся со скоростью около 70 сантиметров в секунду, могут показаться серебряными каплями ртути, бурно текущими по горячему песку.

Муравьи уже готовятся к походу к солнечному очагу в гнезде. Они производят особые белки, называемые белками теплового шока. Это обычная часть защиты многих организмов. Земные формы жизни производят их, чтобы справиться с последствиями серьезного стресса, такими как исцеление повреждений, вызванных высокими температурами. Тем не менее, сахарский муравей уникален тем, что он создает эти «исцеляющие» молекулы заранее, еще до того, как подвергается воздействию чрезвычайно высоких температур.

Швейцарские и американские ученые обнаружили у муравья Cataglyphis bombycinus уникальную систему охлаждения, принципы которой могут найти применение в охлаждении различных машин, зданий и даже одежды. Верх и бока туловища и головы муравья покрыты серебристыми волосками. Они имеют треугольное поперечное сечение и очень хорошо отражают значительную часть спектра солнечного излучения, включая волны, близкие к инфракрасным. Именно отраженный свет придает муравьям серебристый цвет. Что еще более важно, отраженное излучение не попадает на поверхность тела муравья и не нагревает его.

Это не единственное уникальное свойство шерсти на поверхности тела муравья. Насекомые также выделяются тепловым излучением и очень мощно передают тепло в окружающую среду. Таким образом, тепло, которое не отражают волоски, и которое нагревает организм муравья, снова уходит. Мы испытываем аналогичный охлаждающий эффект, когда встаем с подогретой кровати до нормальной температуры в спальне утром. Поверхность нашего тела нагрелась до гораздо более высокой температуры, чем окружающая среда под укрытием. Таким образом, тепло переходит от нашей кожи к окружающему воздуху, и мы чувствуем себя намного холоднее, чем температура на термометре. Из-за теплового излучения в этот момент мы теряем половину всей тепловой энергии.

Удивление ученых вызвала в основном ширина спектра длин волн излучения, которое затрагивает волоски на теле муравья Cataglyphis bombycinus. Несмотря на простую конструкцию волосков, их охлаждающий эффект вызывает восхищение. Если бы у муравья не было серебристой шерсти, температура его тела повысилась бы на 5-10 °C. И это имело бы для него фатальные последствия в большинстве случаев, когда он оставался вне муравейника.

Группа ученых из Колумбийского университета в Америке и Швейцарского университета в Цюрихе сейчас пытается сымитировать поверхность тела сахарских муравьев с помощью различных материалов. Они возлагают большие надежды на так называемые мета-поверхности. Они образованы различными структурами нанометрового размера, которые позволяют изменять свойства поверхности даже в отношении количества отраженного и излучаемого тепла. «Органы, которые эволюционировали у животных, чтобы воспринимать электромагнитные волны и управлять ими, часто намного превосходят все, чем все еще правят наши технологии. И с точки зрения производительности, и с точки зрения изобретательности. Если мы поймем эти изобретения природы и научимся их использовать, нам откроется путь к совершенно новым технологиям», – говорят ученые.