Свойства плавления определяют биологические функции слоя кутикулярных углеводородов у муравьев

Кутикулярные углеводороды (CHCs), покрывающие тела муравьев, выполняют две ключевые функции: коммуникацию (распознавание сородичей) и защиту от высыхания. Однако эти задачи предъявляют противоположные требования к физическим свойствам слоя: для коммуникации он не должен быть слишком твердым, а для защиты от потери влаги — максимально твердым.

Разрешение конфликта функций

Исследователи обнаружили, что этот конфликт разрешается за счет особых физических свойств CHC-слоя. Он имеет огромный диапазон плавления: начинает плавиться при температуре около -45 °C и становится полностью жидким только выше 30–40 °C. В диапазоне окружающих температур слой представляет собой смесь жидких и твердых компонентов, подобно «льдинкам в стакане воды».

Вязкость как ключевой параметр

С помощью новой микрорхеологической методики, позволяющей измерять капли объемом до 100 пиколитров, ученые определили вязкость CHC-слоя. Она оказалась сравнима с вязкостью моторного масла. Примечательно, что вязкость была очень похожей у одиннадцати изученных видов муравьев, несмотря на разный химический состав их CHCs. Исследователи полагают, что для обмена химическими сигналами может требоваться определенная степень вязкости или текучести.

Химический состав не предсказывает водоотталкивающую способность

Используя дифференциальную сканирующую калориметрию (DSC), ученые установили, что одно лишь знание химического состава воскового слоя не позволяет предсказать его способность защищать от высыхания. Ранее в многочисленных исследованиях неявно предполагалось, что CHC-слой при комнатной температуре полностью твердый, что не соответствует действительности.

Значение для эволюции насекомых

Существование фундаментального конфликта между функциями защиты от высыхания и коммуникации делает эволюцию CHCs особенно интересной. Поведение при плавлении, напрямую зависящее от химического состава, является одной из важнейших функциональных характеристик воскового слоя. Оно определяет, насколько эффективно слой предотвращает высыхание при разных температурах, и одновременно влияет на обмен сигналами. Это применимо не только к муравьям, но, вероятно, и к большинству других насекомых.

В дальнейшем планируется изучить, как вязкость и поведение при плавлении меняются, когда муравьи акклиматизируются к разным температурам в течение нескольких недель. Такие стратегии акклимации могут быть crucial для выживания при температурных колебаниях, связанных с повышенным риском обезвоживания.