Vihreiden lehtien rivistö marssii pitkin metsän pohjaa. Vaikka lehdet vaikuttavat leijuvan, niiden alla on kantaja: muurahainen, joka kuljettaa puunoksista peräisin olevaa saalistaan kotiin, maanalaiseen yhdyskuntaan.
Lehtien kappaleet ovat paljon isompia ja jopa kuusi kertaa niin painavia kuin niitä kantavat lehdenleikkaajamuurahaiset. Vastaava suoritus vaatisi 80-kiloiselta ihmiseltä noin puolen tonnin taakan kantamista.
Tarpeen tullen etelä- ja keskiamerikkalaiset muurahaislajit kantavat jopa 50 kertaa itsensä painoisia kuormia, ja osa muurahaislajeista kykenee nostamaan 1 000 kertaa oman painonsa.
Voimakkaiden lihastensa ja vahvan niskansa ansiosta osa muurahaisista voi nostaa jopa tuhat kertaa oman painonsa.
Muurahaisen ruumis sopii täydellisesti raskaiden taakkojen liikuttamiseen, ja tätä kykyään sosiaaliset hyönteiset ovat hyödyntäneet perustaessaan kehittyneitä muurahaisyhteiskuntia eri puolille maailmaa.
Hiljattain japanilais-ranskalainen tutkimusryhmä paljasti, miksi muurahaiset ovat äärettömän vahvoja. Tutkijat kuvasivat työmuurahaisten lihaksiston ja totesivat tarkan analyysin jälkeen, että voimien takana on mitä todennäköisimmin kehitys, joka alkoi siitä, että esivanhemmat luopuivat siivistään ja tekivät näin tilaa uusille lihaksille. Korvaukseksi lentokyvyn menettämisestä muurahainen sai voimat, joilla se voi valloittaa melkein koko planeetan.
Muurahainen on mehiläisen siivetön serkku
Muurahaiset ovat maailmanhistorian menestyksekkäimpiä eläimiä. Vaatimattomasta koosta huolimatta niiden osuus kaikkien maaeläinten biomassasta on 15–20 prosenttia.
Muurahaisten menneisyys tunnetaan aina jurakaudelle asti. Fossiililöytöjen valossa näyttää siltä, että ensimmäiset muurahaiset ilmestyivät 140–168 miljoonaa vuotta sitten, kun dinosaurukset hallitsivat luontoa. Kasvillisuus oli selvästi niukempaa kuin nykyään, eikä muurahaisia esiintynyt yhtä laajalti kuin tänä päivänä.
Muurahaisten kehitys vauhdittui vasta, kun ekosysteemeihin tuli uusia ravinnonlähteitä kukkakasvien kehittymisen myötä noin 100 miljoonaa vuotta sitten. Sen jälkeen pienet hyönteiset ovat rynnistäneet voitosta voittoon ja levittäytyneet yli 14 000 eri lajina kaikille muille mantereille kuin Etelämantereelle.
Useimmat muurahaiset kaivavat kasoittain maata saadakseen aikaan maanalaisen käytäväverkoston pesäksi. Yhdyskunnassa vallitsee arvojärjestys: ylhäällä on kuningatar, alhaalla työmuurahaiset.
Useimmat muurahaislajit elävät lehdenleikkaajamuurahaisten tavoin yhdyskuntina maan alla verkostoissa, jotka ulottuvat jopa kuuden metrin syvyyteen. Ainoastaan käytävistä kaivettu maa-aines kohoaa metsän pohjasta kekona.
Jotkin lajit, kuten hevosmuurahaiset, tekevät pesänsä puunrunkoon, toiset lajit, kuten kutojamuurahaiset, rakentavat pesänsä puuhun lehdistä. Kaikki muurahaiset ovat elinympäristöstä huolimatta aitososiaalisia hyönteisiä, joiden tehtävä riippuu siitä, ovatko ne työläisiä, kuningattaria vai kuhnureita.
Yhdyskunnassa vallitsee kastijako
Muurahaisten menestys perustuu hyvään työmoraaliin ja selkeään työnjakoon. Pesässä jokainen tietää paikkansa. Hierarkiassa ylimpänä on kuningatar, ja työläiset hankkivat ravintoa, pitävät huolta jälkeläisistä ja puolustavat pesää.
1. Vanhimmat työläiset tuovat ruokaa
Työläiset noutavat lehtiä, siemeniä ja kuolleita hyönteisiä pesään. Ne tekevät yhdyskunnan vaarallisinta työtä, ja siksi matkaan lähtevät vanhimmat – ja samalla kookkaimmat ja vahvimmat – muurahaiset, sillä ne eivät ole enää korvaamattomia.
2. Kuningatar munii tuhansia munia
Ehdottomasti tärkein muurahainen on kuningatar, joka yleensä piileksii syvällä maan alla olevassa kammiossa. Siellä se munii tuhansia munia. Muurahaiskuningattaret elävät hyönteisiksi poikkeuksellisen pitkään: keskimäärin 10–15 vuotta.
3. Jälkeläiset ovat kotihoidossa
Nuorimmat työläiset pysyvät pesässä siivoamassa ja huolehtimassa jälkeläisistä. Työläiset siirtävät uudet munat erityiseen varastokammioon, hoitavat vastakuoriutuneita toukkia ja koteloita sekä laajentavat käytäväverkostoa.
4. Kuhnuri kuolee pariteltuaan
Muurahaisyhdyskunnan koiraita kutsutaan kuhnureiksi. Koska niillä on kuningattaren tavoin siivet, ne voivat lentää perustamaan uuden yhdyskunnan. Kuhnurin ainoa tehtävä on paritella uuden kuningattaren kanssa. Tehtyään työnsä kuhnuri kuolee.
Työmuurahaiset hankkivat yhdyskunnalle syötävää yhtä ahkerasti kuin mehiläiset keräävät kukkien siitepölyä pesään. Kyse ei ole sattumasta.
Muurahaiset, mehiläiset ja ampiaiset ovat lähisukulaisia, jotka polveutuvat yhteisestä ampiaismaisesta kantamuodosta ja kuuluvat samaan hyönteislahkoon, pistiäisiin. Muurahaisista ovat mehiläisten ja ampiaisten tavoin lentokykyisiä vain kuningattaret ja kuhnurit, sillä työläiset ovat menettäneet siipensä.
Työläisten siivettömyyttä on pidetty sopeumana, joka on helpottanut liikkumista muurahaispesän ahtaissa käytävissä, mutta viimeaikaisten tutkimusten mukaan siivistä luopuminen ei ole ollut vain välttämätön paha. Pikemminkin kyseessä on ollut menestyksen avain.
Siivettömyydestä tuli valtti
Lentämällä eläin voi tutkia ja tarkkailla laajaa aluetta nopeasti, joten äkkiseltään voi tuntua oudolta, että muurahainen on hyötynyt siipien häviämisestä. Lentokyvyllä on kuitenkin hintansa.
Lentävillä hyönteisillä siipilihasten osuus keskiruumiin lihasmassasta voi olla yli puolet. Siksi esimerkiksi päätä ja raajoja vakauttaville ja liikuttaville sekä mahaa tukeville lihaksille jää huomattavasti vähemmän tilaa.
Japanilaisen OIST-korkeakoulun ja ranskalaisen Sorbonnen yliopiston tutkijat ottivat selvää, mitä mahdollisia vaikutuksia siipien menettämisellä on ollut työmuurahaisten lihaksistoon.
20 prosenttia on muurahaisten osuus kaikkien maaeläinten biomassasta.
Tutkimuksessa selvitettiin työläisten ja kuningattarien anatomiset yksityiskohdat kerroskuvausmenetelmällä. Viipaleet koottiin muurahaisten keskiruumiin tarkaksi kolmiulotteiseksi malliksi. Lihaksissa oli hämmästyttäviä eroja.
Työläisten keskiruumiin lihaksisto oli muuttunut perusteellisesti. Kolme lihasta oli kasvanut kokoa, ja useiden lihasten kiinnittymiskohdat olivat muuntuneet. Kuningattaren siipien liikkeestä vastaavat lihakset olivat surkastuneet työläisellä ja kehittyneet tukemaan niitä lihasryhmiä, jotka liikuttavat päätä, jalkoja ja takaruumista.
Lisäksi siipilihasten surkastuminen oli vapauttanut tilaa suuremmille niskalihaksille ja pidentänyt niitä lihaksia, jotka kohottavat työläisen ruumista sen nostaessa raskasta taakkaa.
Muurahainen hylkäsi siivet ja vahvistui
Toisin kuin kuningattarella työläisellä ei ole siipiä. Lentokyvyn menettäminen on tehnyt tilaa suuremmille lihaksille, jotka vahvistavat ruumista, niskaa ja jalkoja, ja siksi työläinen kykenee kuljettamaan raskaita taakkoja.
1. Kuori tukee lihastyötä
Muurahaisen ruumis koostuu kolmesta osasta: päästä, keskiruumiista ja takaruumiista. Kova kitiinikuori toimii ulkoisena tukirankana, jonka lujittavasta vaikutuksesta lihakset hyötyvät liikuttaessaan raskasta kuormaa.
2. Siipilihaksesta kehittyi tukilihas
Kuningattarella siipilihas (ylempänä) täyttää suuren osan keskivartalosta. Kun työläinen menetti siipensä, vapautui tilaa. Työläisellä siipilihas korvautui pienellä lihaksella, joka tukee takaruumista ja jalkoja.
3. Niskalihakset auttavat nostossa
Siipilihasten häviäminen teki työläisessä tilaa myös huomattavasti suuremmille niskalihaksille. Niskalihaksilla on tärkeitä tehtäviä, sillä ne tukevat ja kannattavat päätä, kun muurahainen nostaa raskaan kuorman leuoillaan.
4. Jalkalihakset ovat kasvaneet pituutta
Työläisen keskiruumiiseen mahtuivat vielä kookkaammat jalkojen lihakset: ne ulottuvat takaruumiin yläosaan saakka. Suurempi lihasvoima on tarpeen, kun työläinen kohottaa itsensä irti maasta nostaessaan taakkaa.
Lihaksiston muutokset ovat ensisijainen selitys työläisen hämmästyttävälle vahvuudelle. Lisäksi kovaa painetta kestävät nivelet ja ruumista ja lihastyötä nostamisen aikana tukeva kitiinikuori auttavat työläistä ankarassa voimainponnistuksessa.
Työläiset käyttävät joukkovoimaa
Voimaa uhkuvat lihakset ovat auttaneet muurahaisia raivaamaan tiensä mitä moninaisimpiin ekosysteemeihin aavikoista sademetsiin – ja ihmisten asuntoihin. Raaka voima tuskin olisi siivittänyt muurahaisia voitosta voittoon ilman niiden erittäin kehittynyttä yhteistyökykyä.
Vahvuuden ja joukkovoiman yhdistelmä pääsee parhaiten oikeuksiinsa sellaisten muurahaislajien kuin Pratrechina longicornis käyttäytymisessä. Lajin yksilöt ovat erikoistuneet kantamaan ryhmänä raskaita kuormia yhdyskuntaan.
Yhdessä kuljettaminen tekee mahdolliseksi ottaa talteen paljon painavampia saaliita, mutta vain melko harvat eläimet hyödyntävät tätä mahdollisuutta – hyvästä syystä. Osallistuessaan yhteiseen urakkaan yksilö kiinnittää vähemmän huomiota ympäristöön ja menettää samalla valppauttaan. Hitaampi reagointi petojen aiheuttamaan uhkaan vaarantaa hengen.
Muurahaiset ovat niitä harvoja eläimiä, jotka kantavat yhdessä taakkoja. Viimeaikaisten tutkimusten mukaan viimeksi saapuneen yksilön annetaan määrätä suunta.
Ihmisen, eräiden sosiaalisten hämähäkkien ja kovakuoriaisiin kuuluvien lantiaisten lisäksi vain muurahaiset voivat kantaa yhdessä. Koska muurahaiset nostavat leuoillaan, ne eivät näe eteensä kantaessaan suuria kappaleita. Siksi tutkijoita on askarruttanut, millä tavalla ne huolehtivat yhteistyön sujumisesta.
Jokin aika sitten israelilaisen Weizmannin tiedeinstituutin ja Ranskan kansallisen tutkimuskeskuksen CNRS:n tutkijat selvittivät, kuinka P. longicornis -muurahaiset koordinoivat toimintansa nostaessaan.
Tutkimushypoteesina oli, että yksi muurahaisista ohjaa muita, mutta kävi ilmi, että ryhmä liikkui aina siihen suuntaan, johon viimeksi tullut yksilö lähti.
Pitkän urakan aikana kantovuorossa olevat yksilöt vaihtuvat jatkuvasti. Siksi on mielekästä antaa työhön ryhtyvän muurahaisen ohjata, koska sillä on tuorein tilannekuva ympäristöstä.
Karskit sotilaat hoitavat haavoittuneita
Muurahaiset eivät käytä supervoimiaan vain yhdessä nostamiseen. Niiden joukkovoima tulee esiin sekä huolehdittaessa omista että karkotettaessa vieraita. Lähekkäiset yhdyskunnat kilpailevat samoista ravinnonlähteistä ja joutuvat siksi pitämään yllä jatkuvaa sotatilaa.
Muurahaiset ottavat yleensä rajusti yhteen taistelutantereella, mutta ne osaavat muutakin kuin vain pullistella lihaksiaan. Kehittyneet sosiaaliset taidot mahdollistavat strategisen suunnittelun, jonka ansiosta kiistoja voidaan ratkaista ilman kuolonuhreja.
Niin sanotut hunajapurkkimuurahaiset syövät termiittejä, ja kun kahden eri yhdyskunnan yksilöt kilpailevat saaliista, ne ratkaisevat, kumpi sen saa, melkein urheiluhenkisesti.
Kummankin yhdyskunnan työläiset kerääntyvät piiriksi ja nousevat takajaloilleen. Esittäytymisen jälkeen pienemmät muurahaiset poistuvat näyttämöltä ja jättävät termiitit sille yhdyskunnalle, jonka yksilöt ovat isompia. Suuremmat muurahaiset kuuluvat yleensä mittavampaan yhdyskuntaan, joten kokoero ennakoi hyvin, kuinka taistelussa lopulta kävisi.
Muurahaisten sodankäynnistä kertoo paljon myös tapa, jolla eräät lajit kohtelevat haavoittuneita sotilaitaan. Edustavan esimerkin tarjoaa Megaponera analis, joka ryöstää termiittien pesiä Saharassa.
Erikoistuneet lääkintäjoukot kantavat haavoittuneen toverin välittömästi kotiin hoidettavaksi. Vauriokohtaa pidetään paikallaan sen aikaa, kun haavaa nuollaan useita minuutteja kerrallaan.
Muurahainen kantaa taistelussa haavoittuneen toverinsa kotiin. Muurahaiset nuolevat haavoja ja auttavat sotilaita pysymään elossa ja paranemaan.
Ja hoito tekee ihmeitä. Ilman sitä haavoittuneet muurahaiset kuolevat 80 prosentin todennäköisyydellä jo vuorokauden kuluessa – ilmeisesti usein tulehdukseen. Hoitoa saavilla muurahaisilla on vain kymmenen prosentin riski menehtyä.
Muurahaistutkimus paljasti lisäksi pahoin vammautuneiden muurahaisten kieltäytyvän avusta – luultavasti siksi, että yhdyskunnan kannattaa panostaa niihin yksilöihin, joilla on paremmat selviytymismahdollisuudet.
Kaivutyöt parantavat ympäristöä
Muurahaisten sitkeä uurastus hyödyttää muitakin. Se vaikuttaa myönteisesti koko ekosysteemiin, jossa ne elävät. Brittiläisen Exeterin yliopiston tutkimus toi esiin muurahaisten merkityksen luonnon monimuotoisuudelle ja lajiston kehittymiselle alueella.
64 tonnia maata kaivaa muurahaislaji hehtaarin alalta 100 vuodessa.
Saksassa tehtiin tutkimus, jossa selvitettiin tavallisten kekomuurahaisten ja pihamauriaisten vaikutusta alueen toisiin eläinryhmiin erilaisina yhdistelminä ja erikokoisina populaatioina.
Tärkeäksi muurahaisten myönteisen ympäristövaikutuksen syyksi osoittautui maan muokkaus. Valtaosa muurahaislajeista rakentaa yhdyskuntansa maan alle, ja se tarkoittaa käytännössä mittavaa maansiirto-operaatiota.
Kookkaat kasat maanpinnalla kertovat, että muurahaiset ovat kaivaneet laajan käytäväverkoston erilaisine kammioineen. Verrattuna muihin kaivajiin, kuten termiitteihin, matoihin ja maaoraviin, muurahaiset nostavat pinnalle enemmän maata.
Saadakseen käsityksen siitä, paljonko muurahaiset siirtävät maata pinnalle, tutkijat tarkkailivat Floridassa eläviä Pogonomyrmex badius -lajin muurahaisia. Lopputulokseksi tuli, että ne poistavat käytävistään hehtaarin eli 10 000 neliömetrin alalta 64 tonnia maata sadan vuoden aikana. Ja kyse on siis vain yksittäisestä lajista.
Suuria lukuja selittää se, että muurahaiset perustavat usein uusia yhdyskuntia. Kaivaminen kuohkeuttaa maata, ja vesi ja happi pääsevät syvemmälle, mikä taas parantaa kasvupaikan laatua. Siitä hyötyvät kasvien lisäksi eläimet.
Muurahaiset eivät vain ilmavoita maata. Niiden pesään kuljettamat aineet lisäävät ravinteita, joita kasvit tarvitsevat kasvuunsa. Kasvillisuus taas vaikuttaa eläinten viihtymiseen. Muurahaiset ovat siis eräänlaisia insinöörejä, jotka rakentavat valtavia maanalaisia kaupunkeja, parantavat maan laatua ja elävöittävät ympäristöä.
Muurahaiset palvelevat kasveja muutenkin kuin lannoittamalla. Ne myös levittävät siemeniä ja syövät tuholaisia.
Tutkijat linkosivat muurahaisia
Tulevaisuudessa muurahaiset voivat hyödyttää yhtä paljon robottitekniikkaa kuin ne hyödyttävät nyt ekosysteemejä. Muurahaisten vahvuus on todettu mekaaniseksi ihmeeksi, ja on alettu selvittää mahdollisuuksia soveltaa niiden nerokasta rakennetta pieniin robotteihin.
Keskiruumiin lihaksiston ohella on tutkittu nivelten voimaa ja lujuutta etenkin niskan osalta. Koska muurahaiset nostavat taakan vahvoilla leuoillaan, niiden niska kuormittuu valtavasti sekä ylös- että eteenpäin liikuttamisen aikana.
Testatakseen niskan kestävyyttä tainnutettujen muurahaisten pää kiinnitettiin linkoon. Sitten sen annettiin pyöriä satoja kierroksia minuutissa.
Pyörimisliike sai aikaan keskipakoisvoiman, joka vaikutti rajusti muurahaisiin ja työnsi niiden ruumista ulospäin. Koska päät oli liimattu kiinni, muurahaiset eivät irronneet, ennen kuin niiden niska petti ja ruumis repeytyi irti.
Vaikka muurahaisten osattiin odottaa kestävän suurta voimaa, lopputulos löi tutkijat ällikällä. Niska oli yllättävän lujaa tekoa.
Voima, joka vastasi 350-kertaista muurahaisen painoa, sai niskan oikenemaan ja ruumiin venymään. Niska katkesi kuitenkin vasta sitten, kun voima vastasi 5 000-kertaista muurahaisen painoa. Silloin niskanivel antoi periksi, ja ruumis irtosi päästä.
Siinä tapauksessa, että muurahaisen voimien takana olevia ominaisuuksia pystytään jäljittelemään, saattaa tulla mahdolliseksi kehittää robottiparvia, jotka nostavat ja kantavat kuormia yhtä tehokkaasti kuin muurahaiset.
