Источник калорий

Продол-жительность жизни муравьев и пчел

Питание муравьев

Эксперимент над муравьями

Коты не едят большое количество углеводов

Чем больше съешь, тем меньше проживешь. Переедание сокращает нашу жизнь и ускоряет старение. Однако для долгой жизни важно не только количество потребленных калорий, но также их источник. Животные это прекрасно чувствуют и, когда имеют в своем распоряжении достаточное разнообразие кормов, умело их комбинируют. Коты, например, следят, чтобы не перебрать углеводов, а многим насекомым категорически вредны белки. Французская исследовательница Одри Дюссьютур из Центра изучения когнитивных способностей животных (Университет Поля Сабатье, Тулуза) и профессор Центра математической биологии Сиднейского университета Стив Симпсон установили, что пища, содержащая более 5% белка, катастрофически сокращает жизнь рабочих муравьев. Результаты исследований опубликованы в журнале «Proceedings of the Royal Society В».

Колония муравьев

Муравьи, оказывается, очень удобный объект для изучения разных факторов, определяющих продолжительность жизни. Их колония — это плодовитая (фертильная) матка и стерильные рабочие особи, причем матка живет в несколько раз дольше, что позволяет исследовать влияние фертильности на долголетие. Среди рабочих муравьев существует явное разделение труда, и специалисты могут наблюдать зависимость скорости старения от внешних условий при одинаковом генотипе. Еще плюс — продолжительность жизни социальных насекомых можно исследовать как на индивидуальном, так и на колониальном уровне. А главное заключается в том, что верное для муравьев справедливо и для других социальных насекомых, например медоносных пчел, в правильном питании и долгой жизни которых человек кровно заинтересован.

Ученые работали с черными садовыми муравьями Lasius niger. Они ухаживают за тлями и в естественных условиях питаются падью — сладким соком растений, а также мертвыми насекомыми. Но чего и сколько съедает отдельный муравей, понять трудно, потому что распределение добычи, принесенной фуражирами, происходит в недрах гнезда. Известно, однако, что белковая часть идет в основном на прокормление личинок, а взрослые особи предпочитают растительную пищу. Все было бы проще, будь муравьиные колонии однородными по составу, но такое возможно только в экспериментальных условиях.

Муравей поймал личинку

Чем еще хороши муравьи, так это тем, что их легко содержать в неволе и они всегда под рукой у исследователя. В лаборатории Одри Дюссьютур жили несколько муравьиных семей. Ученые сформировали из них 128 экспериментальных групп по 200 рабочих муравьев в каждой. Насекомых отбирали вне гнезда, когда они собирали корм. В этих однородных группах не было ни королевы, ни личинок. Каждую группу поместили в «гнездо» — пластиковую чашку диаметром 10 см, дно которой выстилали влажной ватой. Гнездо ставили на круглую подставку диаметром 12 см с тефлоновыми, очень скользкими стенками, которые не позволяли насекомым сбежать. В этой же зоне муравьев и кормили из единственной кормушки — так проще было учитывать потребленный за сутки корм, количество муравьев у кормушки и число кормящихся насекомых. Сначала им давали 15%-ный раствор пчелиного меда и мучных червей (личинок мучного хрущака), а спустя неделю, когда насекомые пообвыклись на новом месте, начали эксперименты.

Соотношение белков и углеводов

Избыток или недостаток?

На что влияет белок?

Прежде всего, исследователи выяснили, как на продолжительность муравьиной жизни влияет соотношение белков и углеводов. Для насекомых приготовили искусственные корма, в которых общая концентрация питательных веществ была постоянной — 200 г/л, неизменным оставалось и содержание витаминов, минералов и жиров, а отношение белков к углеводам составляло 5:1,3:1, 1:3 или 1:5. Каждый из четырех рационов опробовали 32 экспериментальные группы. Ежедневно исследователи убирали из гнезда мертвых муравьев, эксперимент длился до тех пор, пока не умерли все насекомые. Чем больше белка было в корме, тем меньше жили муравьи и быстрее гибла колония. Группы, сидящие преимущественно на углеводной диете, продержались около 400 дней, а на белковой (5:1) едва дотягивали до пятидесяти. Сроки, в которые погибала половина населения колоний, составляли 300 и 30 дней соответственно.

Соотношение белков и углеводов

Убедившись, что муравьи от корма 5:1 мрут как мухи, исследователи задались вопросом, что именно им вредит: избыток протеинов или недостаток углеводов, и для его разрешения продолжили кормовые эксперименты. Обитателям восьми муравьиных гнезд давали питательную смесь, в которой всего было мало: глюкозы столько же, что и в высокобелковом корме, а протеинов в пять раз меньше, чем углеводов. Вторая восьмерка получила безуглеводный рацион с концентрацией белка 167 г/л, третья — оба корма на разных тарелочках. Еще восьми группам достался исходный высокобелковый продукт 5:1 . Насекомые, получавшие корма с большим количеством белка, долго не протянули, на 50-й день в гнездах не осталось ни одного живого муравья. Дольше всего, примерно 350 дней, просуществовали группы, которым предоставили оба вида корма, углеводный и чисто белковый. Они прекрасно составили себе рацион, наведываясь в основном к кормушке с глюкозой. Около 300 дней жили колонии, получавшие еду с малым содержанием глюкозы и белков. Низкая концентрация углеводов муравьям не помешала. Недостаток глюкозы они компенсировали более активным ее поеданием. Так что колония рабочих муравьев умеет регулировать свое питание так, чтобы продолжительность жизни была максимальной. И не малое количество глюкозы им вредит, а избыток белка.

Поэкспериментировав еще с разными кормами, исследователи оценили влияние муравьиного рациона на такие параметры, как активность и эффективность питания, продолжительность жизни отдельных муравьев и колонии в целом. Оказалось, что рабочие муравьи дольше всего живут на диете, в которой углеводов в четыре раза больше, чем белков. Если концентрация белка в пище превышает 5%, то продолжительность жизни колонии резко сокращается. И, надо сказать, муравьи прекрасно чувствовали, когда еда бывала нездоровой. У кормушки с белковым кормом толклось много насекомых, но они были не особенно активны.

Белковая диета для муравьев

Убедившись, что избыток протеинов для муравьев вреден, исследователи решили определить, насколько именно, то есть как долго насекомые могут пробыть на белковой диете без видимых последствий. Они выдерживали муравьев на белковом корме один, два, три или четыре дня, а затем переводили на оптимальный рацион. Оказалось, что даже один-единственный день белкового питания сокращал жизнь колонии на 20% по сравнению с насекомыми, которые постоянно получали сбалансированный корм.

Ген TOR

Доза белка

От чего гибнул пчелы?

Белок - это большая молекула состоящая из аминокислот

Исследователи не ожидали такого сокрушительного действия избытка белков. Не совсем понятно, чем оно вызвано. В поисках объяснения они прежде всего вспомнили о гене TOR. Все, что активирует его работу у взрослых, сформировавшихся особей, сокращает жизнь. Известно, что высокая концентрация питательных веществ — один из стимуляторов TOR, однако ученые полагают, что ген реагирует не только на количество, но и на соотношение разных компонентов. Избыток белка или даже отдельных аминокислот может активировать его работу. А личинкам высокая активность TOR необходима — ведь его продукт регулирует эмбриональное развитие, поэтому для них дополнительный белок — как раз то, что нужно. Он и ген активирует, и метаболические потребности молодого, бурно растущего насекомого организма обеспечивает.

Но возможны и другие причины, которые не позволяют рабочим муравьям объедаться белковой пищей. В отличие от личинок их способность к перевариванию белков ограниченна, так как пищеварительная система вырабатывает мало протеаз (ферментов, расщепляющих белки). Также сокращение жизни может быть связано с тем, что при белковом питании образуется много азотистых отходов. Обратите внимание, речь не идет о том, что взрослые муравьи обходятся вообще без белка. Белок им нужен, и каждое насекомое съедает примерно по полмиллиграмма в день. Этого ему вполне достаточно, а больше не требуется: рабочие муравьи не растут и не размножаются. Избыток протеинов, превышение пятипроцентной нормы, повышает смертность рабочих особей и сокращает жизнь колонии в десять раз, а один день на такой диете — на 20%. Все дело в дозе.

Одри Дюссьютур и Стив Симпсон затеяли это исследование не только из любви к муравьям. Они хотели разобраться с массовой гибелью пчелиных семей, которая в последние пять-шесть лет стала сущим бедствием для пчеловодов США. Это явление назвали коллапсом колонии. Насекомые ничем не болеют, но численность колонии стремительно сокращается. В ней остаются королева и всего несколько сотен рабочих пчел, зато огромное количество расплода, что свидетельствует о быстрой гибели именно взрослых особей. С осени 2006 года американские пчеловоды теряют из-за коллапса от 30 до 40% пчелиных семей ежегодно.

Пчелы

Причина этого явления неизвестна, однако опыты на муравьях позволяют предположить, что здесь замешано белковое питание. Известно, что рабочим пчелам оно тоже сокращает жизнь, а вот личинкам полезно, и, чтобы увеличить их количество, пчел сейчас снабжают высокобелковыми промышленными кормами. Они содержат соевую муку, обезжиренное молоко, яичный порошок и пивные дрожжи. В обычной пыльце 3 около 25% белка, а в ее синтетическом заменителе — до 40%. Расплода после такой кормежки действительно становится много, но ухаживать за ним уже некому. Исследователи планируют выяснить, как искусственная пыльца влияет на продолжительность жизни рабочих пчел и совпадает ли распространение коллапса колоний с применением искусственных кормов.