В глубине нашей планеты скрыто множество ценной информации о биоразнообразии, эволюционных путях, климате, культуре и других секретах древнего мира. В числе множества наук, изучающих прошлое нашей планеты, едва ли не самая увлекательная — палеонтология, входящая в число наук о жизни. Палеонтологи стремятся восстановить облик и подробности жизни существ, обитавших миллионы, а иногда и миллиарды лет назад. В этой статье мы погрузимся в мир палеонтологии, узнаем историю ее развития и современные достижения, а также приведем несколько занимательных фактов об этой науке.

Что изучает палеонтология?

Палеонтология изучает живые организмы, обитавшие на Земле в прошлом. В научной практике зачастую используется условная граница, отделяющая древних животных от современных — 11 700 лет назад. Примерно в то время завершился последний на текущий момент ледниковый период, что ознаменовало наступление эпохи голоцена, в которую живем и мы с вами. Название науки образовано от 3 древнегреческих слов: «παλαιός», «ὄντος» и «λόγος» (прим. ред.: «палеос», «онтос» и «логос»). В переводе на русский язык это означает «учение о древних существах».

Основным объектом изучения палеонтологии являются окаменелости, которые также называют ископаемыми остатками, или фоссилиями. Фоссилизация — это процесс, при котором погибшие живые организмы сохраняются в породах или других структурах. Давайте рассмотрим основные типы фоссилизации, чтобы понять, какие именно окаменелости могут изучать палеонтологи.

• Перминерализация — вещества твердых органических остатков, таких как кости, зубы или раковины, постепенно замещаются минералами, при этом сохраняя свою первоначальную структуру. Большинство обнаруженных скелетов динозавров уцелели именно благодаря перминерализации.
• Карбонизация — в процессе разложения органических веществ в мягких тканях остается только углерод. Из него формируется тонкая пленка, предотвращающая деформацию. Карбонизация характерна для таких остатков, как перья, кора и листья.
• Субфоссилизация — редкое явление, при котором могут сохраняться как части скелета, так и мягкие ткани. Функцию консервирующей среды могут выполнять ледники, битумы или же вулканический пепел. Самым распространенным примером являются мамонты, остатки которых сохранились в вечной мерзлоте. Также к субфоссилиям часто относят насекомых, застывших в янтаре. Однако они доступны лишь для внешнего осмотра, так как попытки извлечь организмы из янтарной смолы вроде тех, что так живописно, но увы, недостоверно, показаны в знаменитом фильме «Парк юрского периода», приводят к их разрушению.
• Ихнофоссилии — к этому типу относятся не сами остатки, а следы жизнедеятельности древних организмов. В процессе разложения они часто оставляют в породах отпечатки, например, следы лап и другие пустые пространства, которые со временем заполняются минералами и сохраняют свою форму. Ихнофоссилии нередко дают больше информации, чем окаменевшие скелеты, ведь они наглядно демонстрируют внешний вид организма в целом, а не только его кости.

Основные разделы палеонтологии и ее взаимодействие с другими науками

Многие воспринимают палеонтологию как коллекционирование окаменелостей, однако ее цель значительно шире. Ученые стремятся реконструировать прошлое Земли, понять, как организмы эволюционировали и взаимодействовали друг с другом, почему одни существа вымирали, а другие оказывались приспособленными к изменившимся условиям. При этом в общей структуре палеонтологии как науки существуют специализированные дисциплины, тесно связанные друг с другом.

Одним из самых обширных разделов, который зачастую используют как синоним палеонтологии, является палеобиология. Ученые-палеобиологи через изучение внешнего вида древних существ формируют представление об их происхождении и эволюции, а также адаптационных функциях и поведении. Палеобиология включает 3 основных подраздела:

• палеозоология — изучает ископаемых животных;
• палеоботаника — фокусируется на растениях прошлого;
• микропалеонтология — исследует окаменелости микроорганизмов.

Палеонтологию нельзя назвать обособленной наукой, ведь она находится в тесной связи с другими дисциплинами. В значительной степени это касается геологии, ведь слои горных пород представляют собой основное поле деятельности палеонтологов. Сочетание исследовательских методов из разных научных областей дает ученым возможность точнее определять возраст как самих пород, так и заключенных в них ископаемых остатков.

Кроме того, палеонтологические открытия вносят значительный вклад в развитие биологической систематики, распределяющей живые организмы по классам, отрядам, семействам и другим таксономическим рангам (прим. ред.: таксоны — это иерархические группы живых организмов, объединенных по общим признакам). Важную роль в этом вопросе играет генетика, с помощью которой ученые могут сравнивать геномы современных и ископаемых существ, корректируя структуру эволюционных ветвей.

Палеонтологию часто объединяют с антропологией и археологией, так как представители всех трех дисциплин участвуют в раскопках, используют схожие методы и стараются понять что-либо о далеком прошлом. Однако главный объект изучения как антропологии, так и археологии — это современный человек, Homo sapiens.

Чтобы лучше понять, чем эти науки отличаются от палеонтологии и в чем с ней сходны, давайте определим их ключевые особенности.

• Антропологи исследуют происхождение и биологическую природу человека, а также развитие культуры и социальных структур.
• Археологи делают акцент на материальных ценностях человечества, изучая древние сооружения, орудия труда и предметы быта.
• Палеонтологи изучают древнюю жизнь во всем ее многообразии, не фокусируясь исключительно на человеке.

Древние представления об окаменелостях и первые палеонтологические гипотезы

Люди начали находить окаменелости еще в доисторические времена, задолго до того, как сформировались первые цивилизации. Десятки тысяч лет назад фоссилии могли использоваться как религиозные артефакты или предметы декора. Первое задокументированное упоминание ископаемых остатков относится к VI веку до н.э. Древнегреческий философ Ксенофан писал о том, что вдали от моря ему приходилось видеть камни в форме раковин и морских гребешков. На этом основании он делал вывод, что в прошлом эта суша была покрыта водой.

В мифологиях самых разных древних культур, не контактировавших друг с другом, появлялись легенды о драконах — гигантских огнедышащих летающих существах. Согласно распространенной гипотезе, прообразом всех этих вымышленных созданий могли служить ископаемые остатки динозавров и других вымерших рептилий. Считается, что циклопы появились в древнегреческих мифах благодаря фрагментам черепов мамонтов, носовые отверстия которых сильно напоминали глаз, расположенный по центру головы.

Человеком, предвосхитившим возникновение палеонтологии как науки считается выдающийся деятель науки и искусства эпохи Ренессанса Леонардо да Винчи. В то время, т.е в конце XV - XVI века распространение окаменевших морских организмов было принято объяснять библейским Всемирным потопом или же «шутками природы» — многие отказывались признавать связь окаменелостей с живыми организмами. Однако да Винчи разработал собственную гипотезу, которую изложил в трактате «Лестерский кодекс», написанном с 1504 по 1510 год. В нем Леонардо приводил следующие аргументы.

• Из-за потопа раковины не могли бы равномерно распределиться по породам на разных высотах. Скорее всего, в прошлом они накапливались на морском дне, которое впоследствии становилось частью суши, в том числе и гор.

• Организмы, которые когда-то были живыми, покрывались грязью и илом, что обеспечивало их сохранность, а когда уровень моря становился ниже, они постепенно высыхали и со временем превращались в камни.
• На раковинах остаются отверстия, подобные тем, что насекомые-древоточцы оставляют внутри древесины, а значит, это служит доказательством прошлой жизнедеятельности организма и опровергает гипотезу неорганического происхождения.

Зарождение палеонтологии как науки

В становлении научного палеонтологического подхода значительную роль сыграл датский католический священник Нильс Стенсен, который также проявил себя как геолог, врач-анатом и кристаллограф. В 1667 году он провел исследование и сообщил о сходстве акульих зубов с каменными образованиями, которые часто находили в породах и называли «каменными языками». Стенсен сделал вывод, что при окаменении химический состав остатков может меняться, а их форма — сохраняться. Кроме того, Нильс Стенсен вывел три принципа, определивших развитие геологии и палеонтологии.

• Принцип суперпозиции — чем ниже расположен пласт пород, тем раньше он сформировался. Стенсен считал, что при формировании каждый слой являлся верхним, так как вещество поверх него находилось в жидком состоянии. В наши дни этот принцип применяется к осадочным породам и позволяет восстановить последовательность существования живых организмов.
• Принцип изначальной горизонтальности — слои пород откладываются горизонтально, а затем деформируются под воздействием различных факторов. Современные ученые знают, что пласты могли формироваться и под углом, однако некоторые из них действительно меняли свою ориентацию в пространстве, например, под воздействием тектонической или вулканической активности. Принцип позволяет реконструировать изначальное расположение пластов и точнее определить возраст заключенных в них ископаемых остатков.
• Принцип преемственности слоев — в прошлом пласты могли простираться далеко за пределы тех границ, где они заканчиваются сейчас. Стенсен использовал этот принцип для сопоставления скальных пород по разные стороны речной долины, а впоследствии он помог установить взаимосвязь между континентами, которые ранее были единым целым. Именно поэтому окаменелости близкородственных видов животных находят в похожих пластах Европы и Северной Америки, а также Южной Америки, Африки и Австралии.

Хотя вклад Стенсена в становление науки был поистине велик, «отцом-основателем палеонтологии» все же называют французского натуралиста Жоржа Кювье. Отправной точкой стал доклад 1796 года, в котором ученый сравнил остатки индийских и африканских слонов с окаменелостями мамонтов, доказав факт вымирания на конкретном примере. Так он опроверг концепцию «вечности видов», согласно которой все созданные животные существуют до сих пор. Метод Кювье, при котором ископаемые виды сопоставляются с ныне существующими, лег в основу палеонтологической диагностики.

Также Жорж Кювье разработал первую методологию палеонтологической реконструкции. Реконструкция — это процесс восстановления внешнего вида древнего животного по фрагментам окаменелостей. Кювье пользовался принципом корреляции органов, согласно которому все части организма образуют взаимосвязанную систему. Например, имея зуб хищника, он понимал, что животное должно было иметь мощные челюсти для разрывания мяса, скелет, приспособленный к быстрому перемещению, и развитые органы чувств.

В историю вошла цитата Кювье: «Дайте мне кость, и я восстановлю все животное». Он был убежден, что вся организация тела животного, от скелета до мельчайших деталей, подчинена функциональной адаптации к определенной экологической нише, а потому между разными органами создаются тесные взаимосвязи. Пользуясь собственной теорией Кювье смог достаточно достоверно, с учетом научных знаний того времени, реконструировать внешний вид нескольких десятков видов животных.

Открытия первых ископаемых рептилий и млекопитающих

Первые значительные открытия, связанные с ископаемыми животными, также были сделаны Жоржем Кювье. В 1804 году он описал 2 фрагмента скелетов, извлеченных из более глубоких слоев, чем обнаруженные ранее остатки мамонтов. Он точно определил, что кости принадлежали млекопитающим, обитавшим более 30 млн лет назад, тогда как известные в то время мамонты жили не раньше 200 000 лет назад. Кювье описал 2 рода: палеотерии (Paleotherium), похожие на современных тапиров, и аноплотерии (Anoplotherium), более близкие к лошадям или верблюдам.

В начале XIX века случился самый настоящий переворот, определивший развитие палеонтологии и изменивший ее восприятие в обществе. Ученые начали открывать древних рептилий, которые населяли Землю задолго до млекопитающих современного типа. Более того, стало понятно, что эти рептилии занимали различные экологические ниши — например, мозазавры (Mosasaurus) были водоплавающими, а птеродактили (Pterodactylus) имели способность к полету.

Когда преподаватель геологии в Оксфорде Уильям Баклэнд приобрел окаменевшие фрагменты челюстей и бедренной кости, он не знал, во что выльется их изучение. Несколько лет ушли на тщательное исследование остатков, но отнести их к какому-то виду ученый не решался: слишком сильно отличались остатки от других обнаруженных ископаемых видов. В 1818 году Оксфорд посетил Жорж Кювье, который предположил, что окаменелости принадлежат гигантской хищной рептилии, передвигавшейся на двух ногах. Так был открыт мегалозавр (Megalosaurus) — первый динозавр, получивший официальное название.  В 1824 году Баклэнд сделал доклад на собрании Королевского геологического общества, где сообщил о своем открытии.

Вскоре  после открытия Баклэнда другой британский ученый — Гидеон Мантелл — описал еще одну крупную древнюю рептилию, которая была растительноядной и могла одновременно использовать как четвероногий, так и двуногий способ передвижения. Исходя из сходства зубов с зубами игуаны, Мантелл в 1825 году назвал животное игуанодоном (Iguanodon). Реконструкция внешнего вида игуанодона стала одним из первых резонансных курьезных случаев в палеонтологии — Мантелл разместил костяной шип на голове, а если точнее, на носу животного, в виде рога. Спустя более 40 лет бельгийский палеонтолог Луи Долло провел анализ новых находок и определил правильное расположение шипов —  это были большие пальцы, располагавшиеся на передних лапах игуанодона.

Вдохновившись многочисленными открытиями в разных частях света, Гидеон Мантелл в 1831 году опубликовал статью, в которой ввел в употребление термин «эпоха рептилий» и разделил ее на 3 геологических периода. Спустя 10 лет древних рептилий объединили в общую эволюционную группу (или кладу) динозавров (прим. ред.:в переводе с древнегреческого «динозавр» — «ужасный ящер»), а эпоха рептилий была выделена в мезозойскую эру, состоящую из триасового, юрского и мелового периодов.

Развитие палеонтологических методов в XX веке

XX век в палеонтологии стал временем перехода к комплексному изучению жизни прошлого. Важным шагом стало открытие методов радиометрического датирования. Анализируя долю содержания радиоактивных изотопов урана в породах, а впоследствии и изотопов углерода в окаменелостях, ученые получили возможность точно определять их возраст. Это поспособствовало принятию единой геохронологической шкалы с эонами, эрами и периодами. Предложенная гипотеза тектоники плит, хотя и была принята научным сообществом только в 1960-х годах, уже в начале столетия объясняла географическое распределение вымерших животных.

Развитие рентгенографии, электронной микроскопии, молекулярной биологии и генетики позволяло ученым более детально воссоздавать облик живых организмов прошлых эпох. Это способствовало расширению понимания эволюционных связей, открытию общих предков и переходных звеньев для различных групп вымерших и современных растений и животных. Например, исследования 1970-х годов подтвердили, что археоптериксы (Archaeopteryx) служат доказательством эволюционной связи между птицами и двуногими динозаврами-тероподами.

История палеонтологии в России

Одним из первых российских исследователей окаменелостей считается историк Василий Татищев. Особый интерес он проявлял к костям мамонтов, с которыми было связано множество народных легенд. Во время своих поездок по России Татищев систематически собирал фрагменты черепов, бивней и других костей, делая тщательные описания. В 1725 году он опубликовал первую в истории научную статью о мамонтах, в которой предположил, что они представляют собой особый вид животных, отличавшихся от современных слонов.

Официально становление палеонтологии в России произошло в то же время, что и во всем мире — на рубеже XVIII и XIX веков. Русский ученый немецкого происхождения Пётр Паллас более 6 лет участвовал в экспедициях, в ходе которых систематически связывал окаменелости с геологическими слоями. Русский палеонтолог Владимир Ковалевский ( при.ред.: муж известной своими математическими достижениями Софьи Ковалевской) во второй половине XIX века провел колоссальную работу по определению эволюционных путей лошадей, связав переходные черты их предков с изменениями среды обитания.

В 1916 году в Петрограде начало работу Русское палеонтологическое общество — междисциплинарная организация, позволившая объединить разрозненные исследования в научную систему. При непосредственном участии общества были открыты самые разные ископаемые животные, обитавшие на современной территории России, среди которых:

• русские плиозавры (Pliosaurus rossicus) — массивные морские рептилии с 4 ластами, вытянутыми черепами и короткими хвостами. Обитали около 150 млн лет назад. Русские плиозавры были обнаружены в Саратовской области;
• иностранцевии (Inostrancevia alexandri) — четвероногие саблезубые хищники, относящиеся к обширной эволюционной группе синапсид, в которую впоследствии вошли и все млекопитающие. Исчезли в ходе пермского вымирания около 252 млн лет назад. Остатки иностранцевии впервые нашли в Оренбургской области;

• большерогие олени (Megaloceros giganteus) — парнокопытные, похожие на современных оленей, но имевшие впечатляющий размах рогов длиной более 3,5 метров. Существовали 120 000 – 7 700 лет назад. Большерогие олени обитали на большой территории, от Уральских гор до побережья Черного моря.

Современные палеонтологические исследования

Современная палеонтология — это высокотехнологичная наука, которая использует широкий спектр методов. При этом важно отметить, что многие фундаментальные принципы, которые мы описывали в предыдущих разделах, дошли до наших дней без изменений или с минимальными корректировками. Помимо классических методов, таких как корреляция органов, сравнительная анатомия и анализ отпечатков, в XXI веке преобладают следующие основные направления палеонтологических исследований.

• Молекулярная палеонтология и палеогенетика. Ученые не только выделяют ДНК ископаемых животных, но и реконструируют другие древние биомолекулы, в частности, белки и жиры. Это помогает установить родственные связи между разными эволюционными группами, а также определить особенности физиологии и рациона питания древних существ.
• Трехмерная визуализация. Комплексное сканирование окаменелостей позволяет определять их внутреннюю структуру, не повреждая бесценные образцы. Полученные данные ложатся в основу построения цифровых трехмерных моделей, реконструкций мягких тканей и симуляций движения древних живых организмов.

• Геохимические исследования. Анализ химического состава как самих окаменелостей, так и окружающих их пород дает ценную информацию о климате прошлых эпох, особенностях метаболизма и даже миграциях животных — по единству природных компонентов, вовлеченных в круговороты веществ.
• Комплексные реконструкции. В наши дни ученые стремятся восстановить не только внешний облик существ, но и понять, как работали экосистемы и как строились пищевые цепочки. Зачастую для этих целей привлекаются системы искусственного интеллекта, способные объединять массивы разрозненных данных по различным локациям.

Интересные факты о палеонтологии

• К самым ранним палеонтологам можно условно отнести неандертальцев. Еще 400 000 лет назад несколько неандертальцев, обитавших в испанской пещере Прадо-Варгас, собирали необычные для них каменные безделушки с узорами в форме звезды. В 2024 году ученые провели исследование и поняли, что эти реликвии представляют собой окаменелости морских ежей.

• Основатель палеонтологии Жорж Кювье был активным противником идей об эволюционном развитии живых организмов, однако именно он поспособствовал их научному становлению. Выделяя четкие границы таксонов, Кювье стремился доказать принцип неизменности видов. Однако Чарльз Дарвин во многом пользовался данной систематикой при разработке своей эволюционной теории. Более того, разработанный Кювье принцип корреляции органов до сих пор является основой эволюционной палеонтологии.
• Мы привыкли считать, что пласты пород содержат в себе подробную «летопись» жизни на Земле. Однако парадокс в том, что формирование окаменелости — это очень редкое событие, для которого необходимы специфические условия. Абсолютное большинство живых организмов разложилось и исчезло, не оставив на нашей планете какого-либо следа. Таким образом, реконструированная жизнь прошлых эпох представляет собой случайную и далеко не полную выборку.

***

Палеонтология прошла грандиозный путь от первых догадок Леонардо да Винчи до высокотехнологичных цифровых реконструкций и генетических анализов. Главные открытия палеонтологии заключаются в том, что жизнь отдельных видов в планетарном масштабе мимолетна и полностью зависит от условий меняющейся окружающей среды. При этом массовые вымирания являются не столько катастрофами, сколько двигателями эволюции, открывающими дорогу для новых форм жизни. Одно из таких вымираний 66 млн лет назад завершило историю динозавров, но дало возможность развиваться млекопитающим, что привело к возникновению человека.

Автор текста Иван Стефанов

Изображение на обложке: Freepik

Принято считать, что Древний Рим подарил миру великое право и великую инженерию, но о том, что он подарил нам еще и медицину — точнее, ту ее организационную форму, в которой она существует до сих пор, вспоминают гораздо реже. Римляне почти не создали собственных масштабных медицинских теорий и во многом уступали грекам в анатомических познаниях, однако именно они построили первые военные госпитали, ввели институт государственных врачей и превратили санитарию в государственную задачу. Так как же выглядела медицина Древнего Рима на практике и что сделало ее основой европейской медицины?

Истоки медицины в Древнем Риме

В ранний, Царский период римской истории (VIII–VI века до н.э.) профессиональных врачей не существовало. Медицина была домашней, семейной практикой, основанной на эмпирическом опыте и религиозных представлениях. Лечением занимался глава семьи, использовавший травы, заговоры и обращения к богам. Как и во многих древних обществах, болезнь воспринималась как знак недовольства божества или результат колдовства.

Ситуация начала меняться в период Римской республики (510–31 гг. до н.э.). По мере расширения римского влияния и контактов с греческим миром в Рим проникают греческие медицинские идеи. Первым значительным греческим врачом, обосновавшимся в Риме, стал Асклепиад из Вифинии (128–56 гг. до н.э.). Согласно некоторым источникам, он прибыл в город как учитель красноречия, но обнаружив, что медицина приносит больше дохода, занялся врачебной практикой. Асклепиад создал собственную медицинскую систему, основанную на атомистической теории Демокрита и Эпикура: он учил, что тело состоит из атомов и пор, а болезнь возникает из-за нарушения движения атомов или закупорки пор.

Принцип его лечения был сформулирован лаконично: «tuto, celeriter, jucunde» — «безопасно, быстро, приятно». Асклепиад в качестве лечебных методов предпочитал диету, массаж, ванны, гимнастику, вино и даже музыку. Он ратовал за гуманное отношение к психически больным: приказывал освобождать их из цепей и создавать вокруг них спокойную обстановку. Были в его арсенале и хирургические методы лечения: именно Асклепиаду приписывают первое успешно выполненное описание и рекомендации при трахеотомии (прим. ред.: хирургическая операция рассечения трахеи для восстановления или обеспечения дыхания при непроходимости верхних дыхательных путей), а также ее проведение. Асклепиад стал основателем «методической» школы, которая доминировала в римской медицине в течение нескольких столетий.

Римская система здравоохранения и общественная санитария

Римляне были выдающимися практиками в области общественной гигиены: их система здравоохранения впервые в истории предприняла попытку государственного регулирования санитарных условий в масштабах города.

Римляне понимали связь между грязной водой, нечистотами и болезнями. Уже в VI веке до н.э. в Риме была построена Большая Клоака — грандиозная система канализации, отводившая сточные воды города в реку Тибр. Это была осознанная мера, направленная против распространения болезней в густонаселенном городе. «Законы XII таблиц» (около 450 г. до н.э.) содержали предписания, касавшиеся санитарных норм, включая запрет хоронить умерших внутри города — мера, направленная против эпидемий.

Варрон (116–27 гг. до н.э.), римский ученый и писатель, предупреждал об опасности строительства жилья вблизи болот. Он утверждал, что в болотистой почве живут «мелкие, невидимые для глаза твари», которые проникают в тело и вызывают болезни. Это наблюдение, сделанное более чем за полторы тысячи лет до открытия микроорганизмов, показывает, насколько серьезно римляне относились к факторам окружающей среды.

Акведуки и бани как часть медицины Древнего Рима

Есть еще один аспект римской цивилизации, который неразрывно связан со здоровьем, и это акведуки. С IV века до н.э. Рим начал строить систему водопроводов, доставлявших свежую воду из горных источников. К эпохе Римской империи город снабжался водой через одиннадцать акведуков, общая протяженность которых составляла сотни километров. Акведуки доставляли в город не только питьевую воду, но и воду, обеспечивавшую работу общественных бань, фонтанов и туалетов. Разумеется, античная санитария не была безупречной. Исследования ученых из Университета Йоханнеса Гутенберга в Майнце (Германия) по карбонатным отложениям в Помпеях показали, что вода в ранних республиканских банях обновлялась лишь раз в день, и в ней накапливались тяжелые металлы — свинец, цинк и медь, вымывавшиеся из труб и котлов. Ситуацию улучшила постройка акведуков, позволявших доставлять больше свежей и чистой воды с близлежащих гор и менять ее в термах чаще.

Термы (общественные бани) представляли собой сложный комплекс, включавший парилки, бассейны с горячей и холодной водой, залы для гимнастики. Римляне верили, что регулярное посещение бань укрепляет здоровье, очищает поры и помогает при различных недугах. Врачи часто рекомендовали термы как часть терапии.

Военная медицина в Древнем Риме

Создание профессиональной армии при императоре Октавиане Августе (I век до н.э. — I век н.э.) стало поворотным моментом в истории римской медицины. Рим принял простую истину: здоровый солдат — эффективный солдат. Военная медицина Рима стала одной из самых организованных систем здравоохранения древности. За время правления Августа в римской армии сформировалась четкая медицинская иерархия. Врачи сопровождали легионы в походах и оказывали помощь раненым на поле боя. Римская армия имела целую систему эвакуации раненых, что было беспрецедентным для древнего мира. Согласно военным трактатам, за линиями сражающихся располагались специальные помощники, которые выносили раненых из боя, перевязывали их и доставляли в безопасное место. За спасенного солдата могла полагаться награда. В военных лагерях существовали специальные лазареты — валетудинарии. Все это делало римскую военную медицину образцом для подражания на протяжении столетий.

Римские военные госпитали валетудинарии

Валетудинарии (от латинского valetudo — «здоровье») были первыми в истории специализированными военными госпиталями. Их появление относится ко времени правления все того же Октавиана Августа, когда римская армия стала постоянной, а легионы разместились в стационарных лагерях на границах империи.

Археологические раскопки позволили детально реконструировать устройство этих госпиталей. Валетудинарий в лагере Виндонисса (современная Швейцария), построенный, по разным источникам, около 15 г. до н.э, представлял собой четырехугольное здание с внутренним двором. В нем были операционные, аптека, кухни, бани, морг и палаты для пациентов. Большие палаты вмещали до восьми человек, а общая вместимость госпиталя, по разным данным, достигала 300–480 пациентов.

Валетудинарии не были благотворительными учреждениями для гражданских лиц — они обслуживали исключительно солдат. Однако сам принцип организованного стационарного лечения был революционным. 

Хирургия в медицине Древнего Рима

Римская хирургия достигла значительного уровня развития, хотя и уступала в теоретической сложности александрийской школе. Римские врачи владели широким арсеналом операций. В том числе они умели:

• ампутировать конечности;
• вправлять вывихи;
• лечить переломы;
• удалять камни из мочевого пузыря;
• проводить трепанацию черепа;
• оперировать катаракту.

Особенно хорошо была развита военная хирургия. Валетудинарии располагали операционными залами, где врачи обрабатывали раны, извлекали наконечники стрел и копий, останавливали кровотечения.

Хотя римские хирурги не имели представления о микробах, они понимали важность антисептики. Раны промывали вином или уксусом, использовали чистые повязки и стремились минимизировать загрязнение. Эти эмпирические меры, основанные на наблюдении, делали римскую хирургию относительно успешной по меркам древности.

Инструменты римских врачей и медицинские технологии

Археологические находки дают нам представление о медицинских инструментах, которыми пользовались римские врачи. В Помпеях, Риме и других городах были обнаружены целые наборы хирургических инструментов.

В наборах римских врачей также могли находиться:

• зонды — для исследования ран и свищей;
• крючки — острые и тупые, для расширения ран;
• пинцеты — с гладкими и зубчатыми губками;
• кровопускательные инструменты;
• катетеры и инструменты для литотомии;
• иглы для операций на катаракте;
• банки  — для «сухого» и «влажного» кровопускания;
• ступки и пестики для приготовления лекарств.

Но основным инструментом римского хирурга были, конечно, различные скальпели. Интересно, что форма скальпелей оставалась практически неизменной на протяжении нескольких столетий: инструменты I века из Помпей практически идентичны тем, что использовались в Римини двести лет спустя.

Лекарственные средства и травы в медицине Древнего Рима

Римская фармакология была обширной и во многом унаследованной от греков. Основным источником знаний о лекарственных растениях служил труд Диоскорида Педания «О лекарственных средствах» (I век н.э.) Этот греческий врач, служивший в римской армии, описал более 600 растений и около 1 000 лекарственных средств, став на полторы тысячи лет главным авторитетом в области фармации.

Римляне использовали широчайший спектр природных средств: травы, коренья, минералы, продукты животного происхождения. Популярностью пользовались опий, белена, мандрагора, используемые как обезболивающие; различные слабительные и рвотные; вино как антисептик и основа для настоек. Плиний Старший в своей «Естественной истории» собрал огромное количество сведений о целебных свойствах растений и минералов, хотя и не всегда критически их оценивал.

Приготовление лекарств было важной частью работы врача. В ранний период врачи сами собирали и готовили снадобья, но постепенно выделилась профессия травников и торговцев лекарствами.

Представления о болезнях в медицине Древнего Рима

Римская медицина развивалась в рамках гуморальной теории, унаследованной от Гиппократа. Согласно этой теории, здоровье зависит от баланса четырех жидкостей организма:

• крови;
• флегмы (слизи);
• желтой желчи;
• черной желчи.

Болезнь есть результат нарушения этого баланса, а лечение направлено на его восстановление. Римский врач Клавдий Гален (около 129–216 гг. н.э.) развил и систематизировал гуморальную теорию, добавив к ней учение о пневме (жизненной силе) и трех «духах»: природном, жизненном и животном. 

Однако гуморальная теория была не единственной теоретической основой римской медицины. Методическая школа, основанная Асклепиадом и развитая Фемисионом, утверждала, что болезнь локализуется в твердых частях тела и проявляется в двух состояниях: status strictus (сужение) и status laxus (расслабление). Лечение, соответственно, состояло в применении расслабляющих или укрепляющих средств, в восстановлении свободного движения и правильного расположения частиц в организме. Эта теория также была шагом в сторону более рационального подхода, свободного от мистических представлений.

Клавдий Гален и его вклад в медицину Древнего Рима

Клавдий Гален из Пергама (около 129–216 гг. н.э.) — безусловно, самая значительная фигура в истории римской медицины. Грек по происхождению, он начал карьеру в родном городе как врач гладиаторов, что дало ему уникальный опыт в анатомии и хирургии. Позже он переехал в Рим, где стал придворным врачом императора Марка Аврелия.

Труды Галена стали основой медицины на многие столетия. Он описал кости, мышцы, связки, внутренние органы, а также детально изучил нервную систему: все отделы головного и спинного мозга, семь пар черепно-мозговых нервов, 58 спинномозговых нервов и нервы внутренних органов. Гален экспериментально доказал, что мозг, а не сердце, является центром чувствительной способности и мыслительной деятельности. Он также выдвинул первую в истории физиологии теорию кровообращения. Среди его трудов трактаты:

• «О назначении частей человеческого тела»;
• «Об анатомии»;
• «Терапевтические методы»;
• «О больных частях тела»;
• «О составе лекарств».

В то же время Гален был сложной фигурой. Его критика, направленная в сторону врачей-современников, нередко была резкой и беспощадной.

Социальный статус врачей в Древнем Риме

Положение врачей в римском обществе было неоднозначным. С одной стороны, архиатры — государственные врачи, появившиеся при императорах, — пользовались значительным уважением и получали жалованье от государства. Они лечили императора, чиновников и членов городских магистратур.

С другой стороны, большинство практикующих врачей были греками, рабами или вольноотпущенниками. Римская элита часто смотрела на врачей с подозрением: к примеру, писатель и политик Марк Порций Катон Старший (234–149 гг. до н. э.) предупреждал об опасности греческой медицины, которую считал частью развращающего греческого влияния.

Тем не менее, медицина была одной из немногих профессий, доступных для социальной мобильности. Раб-врач мог получить свободу и даже разбогатеть. Вольноотпущенник, успешно практикующий медицину, мог стать гражданином и пользоваться уважением. Женщины-врачи также существовали в Риме. Они работали наравне с мужчинами, хотя, вероятно, их социальный статус был ниже.

Среди женщин также были obstetrices («повивальные бабки»), которые играли ключевую роль в родовспоможении в Древнем Риме, где роды сопровождались высокой смертностью как для матери, так и для ребенка. Наиболее полное описание их обязанностей и квалификации оставил древнегреческий и древнеримский врач Соран Эфесский (ок. 98–138 гг. н. э.).

Наследие медицины Древнего Рима в истории Европы

Вклад Древнего Рима в историю медицины невозможно переоценить. Хотя римляне не создали великих медицинских теорий, они создали институты, которые определили облик европейского здравоохранения на столетия вперед.

1. Во-первых, римляне изобрели военный госпиталь — валетудинарий. Это была первая в истории система организованной стационарной медицинской помощи. Хотя валетудинарии обслуживали только солдат, сам принцип госпитализации и специализированного ухода был революционным.
2. Во-вторых, римляне создали общественную санитарию как государственную задачу. Акведуки, общественные бани и туалеты — все это было не просто удобствами, но осознанными мерами по защите здоровья населения. Римский опыт городского планирования и санитарного законодательства стал образцом для последующих эпох.
3. В-третьих, римляне сохранили и передали потомкам античную медицинскую традицию. Труды разных ученых были впоследствии скопированы и переведены: сначала на арабский, а затем с арабского на латынь. Именно в таком виде они стали основой медицинского образования в средневековых университетах Европы. 

Медицина в Древнем Риме в вопросах и ответах

1. Каким был уровень медицины в Древнем Риме?

Оценивать уровень медицины в Древнем Риме можно по-разному: с одной стороны, римляне достигли значительных успехов в организации здравоохранения и прикладных знаниях, с другой — в теоретической медицине и понимании причин болезней они во многом опирались на греческие традиции.

2. Были ли в Древнем Риме больницы?

Для гражданских лиц — практически нет. Военные госпитали (валетудинарии) существовали с I века н.э.

3. Что такое валетудинарии в Древнем Риме?

Валетудинарии — это военные госпитали при легионах, а также лазареты для раненых и больных солдат. Название происходит от латинского valetudo — «здоровье».

4. Какие операции проводили римские врачи?

Ампутации, трепанацию черепа, удаление катаракты. Военная хирургия была особенно развита.

5. Использовали ли анестезию в медицине Древнего Рима?

Анестезии в современном понимании в Древнем Риме не существовало. Но приемы обезболивания были. Как обезболивающее использовались опий, мандрагора, белена, вино. Операции проводились быстро, чтобы минимизировать страдания пациента.

6. Какие болезни наиболее успешно лечили в Древнем Риме?

Лихорадки, раны, переломы, инфекционные заболевания, глазные болезни, расстройства пищеварения, психические расстройства. 

7. Кто был самым известным врачом Древнего Рима?

Самым известным врачом Древнего Рима считается Клавдий Гален из Пергама (129–216 гг. н. э.), чьи труды стали основой медицинского образования на 1 500 лет. Помимо него к числу наиболее известных римских медиков относятся Авл Корнелий Цельс (ок. 25 г. до н. э. — ок. 50 г. н. э.), автор трактата «О медицине» (De Medicina), и Соран Эфесский (ок. 98–138 гг.), прославившийся трудом по гинекологии и акушерству.

8. Как Клавдий Гален повлиял на развитие медицины?

Он систематизировал античные знания, создал подробные анатомические описания, развил гуморальную теорию Гиппократа. Его работы были канонизированы и изучались вплоть до Нового времени.

9. Какие медицинские инструменты использовали древние римляне?

Скальпели, зонды, крючки, пинцеты, кровопускательные инструменты, катетеры, банки, ступки. Многие инструменты сохранились в археологических находках.

10. Какую роль играли акведуки в римской системе здравоохранения?

Акведуки обеспечивали города чистой водой для питья и бань, что снижало риск инфекционных заболеваний. Это была ключевая часть римской системы общественной санитарии.

11. Как римляне боролись с эпидемиями?

Помимо медицинских мер, римляне активно боролись с эпидемиями санитарными мерами: канализация, чистые акведуки, изоляция больных в военных госпиталях.

12. Как обучались врачи в Древнем Риме?

Систематического медицинского образования долго не существовало. Врачи учились как ремесленники — у практикующего наставника. Позже появились частные и государственные медицинские школы.

13. Были ли женщины-врачи в Древнем Риме?

Да, при этом, вероятно, они могли практиковать не все виды медицины. Существовали также obstetrices — «повивальные бабки».

14. Чем римская медицина отличалась от греческой?

Греки создали медицинскую теорию (Гиппократ, александрийская школа). Римляне сосредоточились на практике: военная медицина, госпитали, санитария, систематизация знаний. Римская медицина была более утилитарной и организованной.

15. Почему медицина Древнего Рима стала основой европейской медицины?

Медицина Древнего Рима стала основой европейской медицины, потому что римляне сохранили и передали последующим поколениям многие античные знания, создали институты (госпитали, медицинские школы) и заложили основы общественной санитарии. Через арабский мир и византийские рукописи римская медицина стала фундаментом европейской медицинской традиции.

***

Медицина Древнего Рима — это эстафета, протянувшаяся от Гиппократа (около 460–370 гг. до н. э.) через Галена (129–216 гг. н. э.) к современности: римляне не столько создавали новое, сколько систематизировали и применяли лучшее из греческого наследия, но именно их практический гений — госпитали, санитария, регулирование врачебной практики — превратил разрозненные знания в работающую систему, которая стала фундаментом европейского здравоохранения и пережила империю на тысячелетия, так что и сегодня мы в определенном смысле остаемся наследниками Древнего Рима.

Автор текста Валерия Стопичева 

Изображение на обложке: Magnific

Вряд ли на планете Земля найдется хоть один человек, который не встречал муравьев: эти крошечные насекомые живут повсюду. Но мало кто знает, как устроена жизнь той грандиозной цивилизации, что скрыта в недрах муравейника. Когда можно увидеть летающих муравьев, почему после смерти царицы колония обречена на гибель и как получилось, что все постоянные обитатели муравейника, включая рабочих и охранников, — это исключительно самки? Раскроем все секреты муравьиного общества в нашем материале.

Как муравьи избавились от крыльев: эволюция в обратную сторону

Семейство муравьев (лат. Formicidae) относится к отряду перепончатокрылых насекомых. А их ближайшие родственники по отряду — это пчелы, осы, шмели и шершни. И все они выглядят как типичные насекомые, то есть имеют крылья, которые у этого отряда полупрозрачные с характерными прожилками или перепонками. «Но у муравьев-то крыльев нет», — скажете вы. Но это не совсем так: мы привыкли видеть муравьев, ползающих по земле, а не летающих, тем не менее, крылья у некоторых из них все же бывают. И у далеких предков муравьев они тоже в свое время были.

Общие предки муравьев появились на границе юрского и мелового периодов, примерно 140 – 168 миллионов лет назад, и прошли путь от роющих ос, ведущих одиночный образ жизни, до социальных насекомых, живущих в невероятно сложно организованном сообществе. Даже у самых древних муравьев в строении тел уже прослеживаются специфические признаки, которые указывают на появление социальности, то есть на близкие связи между особями одной группы. Это особенное строение антенн для контактов друг с другом и специальные железы для секреции веществ, определяющих химический код муравьиной колонии.

Интересно, что у древних муравьев позднемелового периода уже замечены признаки разделения на касты: в бирманском янтаре найдены как крылатые самки, так и бескрылые рабочие особи. Вероятно, осовидные предки муравьев постепенно перешли к жизни в лесной подстилке и стали охотниками. Таким образом, крылья оказались не так важны и нужны, и даже наоборот: наличие на спине дополнительного балласта затрудняет перемещение под землей. И если насекомое большую часть времени проводит среди травы или в земляных ходах, то от крыльев можно отказаться в пользу других преимуществ. Например, в пользу очень сильного и подвижного тела, которое позволяет муравьям переносить тяжести и сооружать грандиозные жилища. 

Исследования показывают, что у летающих насекомых большую часть грудной клетки занимают мышцы, приводящие в движение крылья, а остальные мышцы, в том числе и те, что отвечают за поддержку ног и головы, не так развиты. Но у рабочих муравьев все иначе: их тела лишены мускулатуры крыльев и поэтому оптимизированы для более эффективной работы головы, ног и всего тела. Отказ от крыльев в итоге принес муравьям головокружительный успех, превратив  их в одно из самых процветающих и многообразных семейств во всем животном царстве.

Виды муравьев и их распространение по миру

На сегодняшний день известно около 14 – 15 тысяч видов муравьев, однако по оценкам энтомологов реальное разнообразие семейства превышает 22 тысячи. В России встречается около 300 видов муравьев.

Муравьи — один из примеров почти космополитного распространения: они живут на всех крупных островах и континентах, кроме Антарктиды. Но, конечно, наибольшее разнообразие муравьев наблюдается в тропических и субтропических широтах. В лесах Амазонии и Юго-Восточной Азии широко распространены кочевые муравьи (лат. Ecitonini) и муравьи-листорезы (лат. Attini), а в засушливых регионах Австралии и Африки процветают бульдоговые муравьи (лат. Myrmeciinae) и фаэтончики (лат. Cataglyphis), способные выдерживать экстремальные температуры поверхности почвы. 

В умеренных широтах Евразии и Северной Америки основные виды муравьев представлены подсемействами мирмицины (лат. Myrmicinae), долиходерины (лат. Dolichoderinae) и формицины (лат. Formicinae), к которым относятся всем известные рыжие лесные муравьи.

Муравьи разнообразны по цвету, размерам и форме тела. Среди них встречаются и виды-рекордсмены, такие, например, как гигантский малазийский муравей (лат. Dinomyrmex gigas), достигающий 3 см в длину, и микроскопические виды, такие как Carebara atoma, чьи рабочие особи не превышают 0,8 мм в длину.

Строение муравья

• Тело. Тело взрослого муравья разделено на три отдела: голову, грудь и брюшко, которые соединены подвижными сочленениями. Отличительная черта видов семейства Formicidae и еще нескольких групп перепончатокрылых — это наличие петиоля: одного или двух узловидных члеников между грудью и брюшком. Эта особенность дает таким насекомым массу полезных возможностей. Именно благодаря наличию петиоля муравьи могут так ловко носить предметы, превосходящие их по весу и размеру, обладают гибкостью и маневренностью, которая позволяет строить гнезда и обороняться. Хрупкость муравьев обманчива: покровы тела у этих насекомых образованы хитиновым экзоскелетом, который служит и каркасом для крепления мышц, и надежной защитой от механических повреждений. То есть если у человека скелет спрятан под мышцами, то у муравьев все наоборот: мышцы защищены скелетом. Кроме того, хитиновый покров предотвращает обезвоживание.

• Голова. На голове у муравья, как правило, имеются сложные фасеточные глаза и три простых глазка — оцеллия, которые расположены на лбу. Но есть и некоторые виды муравьев, у которых зрение редуцировано или даже полностью отсутствует: это подземные и пещерные виды. У муравьев также есть усики, которые выполняют роль главного сенсорного органа. Ротовой аппарат у муравьев грызущего типа. Верхние челюсти называются мандибулами или жвалами и имеют разнообразные зубцы: они нужны для защиты, а также для захвата и удержания различных предметов. Причем у некоторых видов они столь массивны, что превращаются в грозное оружие.

• Лапки. Еще одна особенность в строении муравьев — наличие на лапах специальных присосок, которые обеспечивают хорошее сцепление с поверхностью.
• Крылья. Мы привыкли видеть муравьев без крыльев. Но во время периода размножения, который чаще всего бывает весной и в начале лета, на свет появляются молодые самцы и самки с крыльями. В воздухе происходит спаривание, после которого самцы, как правило, погибают, а самки становятся основательницами новой колонии. Будущая матка сбрасывает крылья или отгрызает их. А вот у рабочих муравьев, которые появляются на свет в новой колонии, крыльев никогда не бывает: все они являются самками и потомками царицы.

Жизнь колонии муравьев и социальная структура

Колония муравьев — это социум, живущий по законам матриархата: главная особь здесь женского пола, и только эта самка имеет способность к размножению и может позволить себе прожить долгую и беззаботную жизнь, не беспокоясь о пище, безопасности и крыше над головой. Все бытовые вопросы, от выращивания потомства до поиска пропитания и охраны, здесь решают рабочие особи: это тоже самки, только репродуктивная система у них не развита, и они не могут размножаться. Единственные самцы в муравьином обществе — это те самые крылатые особи муравьев, которые появляются на свет во время роения, оплодотворяют крылатых самок и вскоре погибают: в муравейниках они не живут. Эта ситуация очень напоминает жизнь трутней в пчелином обществе: после спаривания самцы некоторое время находятся в улье, а осенью, с приходом холодов, рабочие пчелы их просто выгоняют на улицу, так как их главная социальная роль заключается в оплодотворении и больше никакой пользы они не несут, только тратят драгоценный мед.

С одной стороны, такая система работает четко и без сбоев, как единый организм, где каждый муравей подчинен законам колонии и знает свое место. С другой стороны, наличие одной-единственной самки, способной к размножению, — слабое место этого социума. Как только матка погибает, колония обречена: для муравьиной семьи начинается обратный отсчет. Численность семьи падает, потому что никто больше не откладывает яйца, а сокращение населения неминуемо приводит к недостатку пищи и разрушению жилища: муравейник жив только до тех пор, пока жива матка. Вы наверняка встречали в лесу заброшенные пустые муравейники: это как раз пример того, что случается, когда погибает главная самка.

Помимо главной самки, в муравьиной семье присутствуют и другие члены общества. Это рабочие особи, на которых держится добыча пищи, забота о потомстве и строительные работы. Среди рабочих есть крупные особи с развитыми мандибулами — это солдаты, которые выполняют функцию защиты муравейника.

Таким образом, муравьи — это эусоциальные животные (прим. ред.: эусоциальность — это форма организации сообществ животных, при которой часть особей не размножается, то есть стерильна, и совместно ухаживает за потомством). У колонии муравьев присутствуют все основные признаки эусоциальности среди животных, а именно:

• разделение на касты: наличие одной или нескольких репродуктивных самок и стерильных рабочих особей с разными функциями;
• совместная забота о потомстве;
• длительный контакт разных поколений — то есть в колонии одновременно присутствуют и старые опытные особи и молодежь, а рабочие выполняют разные обязанности в зависимости от возраста муравья.

Роль матки, рабочих и солдат в муравейнике

После брачного лета оплодотворенная самка сбрасывает крылья: они ей больше никогда не понадобятся и новые не вырастут. И пока она ищет подходящее место для своей будущей семьи, в ее организме уже зреет первая партия рабочих особей. Матка — это фундамент колонии. Ее единственная биологическая роль — откладка яиц. Матки обладают гипертрофированным брюшком, заполненным яичниками и жировым телом, и живут намного дольше рабочих особей. Продолжительность жизни матки — от 5 до 25 лет. У некоторых видов основу колонии составляют несколько самок.

Матка окладывает яйца, из которых развиваются личинки и будущие особи муравьев из разных каст. Но на какой стадии личинки определяется будущий пол муравья и его кастовая принадлежность и как это регулируется? Здесь два основных механизма регулирования: генетика и питание. После брачного полета и оплодотворения в организме матки остается запас спермы, который она дозированно расходует на протяжении своей жизни. Но не все яйца оплодотворяются: из неоплодотворенного яйца на свет получается особь мужского пола — то есть тот самый самец с крыльями, а из оплодотворенного яйца в итоге разовьется самка — рабочая особь или крупная самка с крыльями, которая станет маткой. Будущее предназначение самки определяется генетикой, питанием и специфическими ферментами, которые выделяет матка и которые тоже влияют на развитие личинки муравья. Когда колония молодая, ей требуется много рабочих особей, и матка откладывает оплодотворенные яйца, дополнительно регулируя процесс роста личинок ферментами и питанием.  А когда колония зрелая, муравейник построен, жизнь налажена и все функционирует стабильно, матка откладывает неоплодотворенные яйца для получения самцов и оплодотворенные со специальным питанием для получения крупных самок с развитыми репродуктивными органами: таким образом колония вносит свой вклад в сохранение вида и расселение его по планете. 

Рабочие особи — это стерильные самки. Внутри этой группы часто можно наблюдать полиморфизм — различие в размерах и пропорциях тела: более мелкие рабочие самки выполняют различные функции по поддержанию жизни колонии: от уборки до поиска пищи, а более крупные выполняют роль солдат-защитников. Кроме этого, обязанности рабочей самки часто зависят от возраста. Например, молодые особи делают более легкую работу и находятся внутри гнезда: ухаживают за маткой, чистят и кормят личинок, строят жилище. По мере старения и износа хитинового покрова они переходят к внешним работам: поиску пищи, добыче строительного материала, защите периметра.

Солдаты — это специализированная категория крупных рабочих особей, встречающаяся у многих видов. Их головы и мандибулы непропорционально велики. Солдаты не только защищают гнездо от хищников, но и выполняют утилитарные функции: их массивные головы служат «пробками», перекрывающими входы в гнездо, или дробилками для твердых семян.

Как муравьи строят муравейник и поддерживают в нем порядок

Архитектура муравьиных гнезд — это шедевр инженерной мысли из мира животных. Здесь не только продумано внутренне устройство и есть помещения с различным функционалом, но и уделено внимание безопасности и даже поддерживается нужный микроклимат. 

Например, наземные муравейники лесных муравьев представляют собой сложные терморегулирующие конструкции. Купол, сложенный из хвои и растительных остатков, обладает темной окраской и пористой структурой, что позволяет ему быстро поглощать солнечное тепло. А внутренние ходы ведут в глубокие подземные камеры, где температура и влажность поддерживаются на строго заданном уровне, необходимом для развития личинок.

Подземные лабиринты тоже разделены по своему функционалу. Здесь есть камеры с разным назначением: помещение для матки, отдельное место для яиц, ясли для личинок младших возрастов и склады для семян. Муравьи строго следят за санитарным состоянием жилища: все пищевые отходы и прочий мусор выносятся на свалки, которые обычно расположены за пределами муравейника. Умершие особи тоже подлежат немедленной утилизации: трупы муравьев выносятся на мусорку, чтобы умерший собрат не стал источником распространения инфекций и причиной гибели колонии. Поддержание порядка в таких мегаполисах требует колоссальных затрат энергии и строгой гигиены: постоянная чистка друг друга и обработка тела антибактериальными секретами желез предотвращают развитие грибковых инфекций.

Вентиляция в муравейнике обеспечивается за счет разницы температур и архитектуры входных отверстий: здесь все спланировано настолько гениально, что внутри всегда проходят потоки свежего воздуха. 

Есть виды, которые не строят постоянные муравейники классической формы. Это, например, группа кочевых муравьев, к которым относятся виды, постоянно перемещающиеся с места на место. Или муравьи-портные (лат. Oecophylla smaragdina) сооружают подвесные гнезда в кронах деревьев, склеивая листья с помощью шелковистых нитей, которые выделяют их собственные личинки. Рабочие берут личинок в мандибулы и используют их нити, сшивая края листа. А в пустынях, где нет укрытия от палящего солнца и жары, муравьи-жнецы (лат. Messor) выкапывают вертикальные шахты глубиной до нескольких метров, заканчивающиеся просторными залами, где хранятся огромные запасы семян.

Питание муравьев

Рацион  муравьев крайне разнообразен. Большинство видов являются всеядными: они едят семена и листья, могут быть активными хищниками и некрофагами, то есть падальщиками. Но есть и более узкие пищевые специализации.

Например, муравьи-листорезы Atta и Acromyrmex срезают листья, пережевывают их и используют как субстрат для выращивания специфического гриба Leucoagaricus gongylophorus, которым и кормятся. Этот мутуализм возник около 50 млн лет назад и является удивительным примером настоящего сельского хозяйства у насекомых (прим. ред.: мутуализм — форма взаимовыгодных отношений между двумя разными биологическими видами).

Другие виды специализируются на «доении» тлей, червецов и цикадок. Муравьи защищают этих насекомых от хищников, а взамен получают падь — сладкую, богатую углеводами и аминокислотами субстанцию. 

Как муравьи общаются между собой

Ферменты, феромоны и симбиотические организмы — это часть языка общения членов колонии. Кроме этого, для муравьев важен тактильный контакт: они касаются друг друга усиками и постукивают ими для привлечения внимания в экстренных ситуациях.

Муравьи могут обмениваться друг с другом пищей, а также ферментами, и этот важный ритуал связывает колонию в единое целое (прим. ред.: ферменты — это сложные белковые соединения, ускоряющие протекание химических реакций в живых системах). Ферментами, которые нужны им для переваривания пищи и поддержания иммунитета среди особей колонии, муравьи, как правило, обмениваются при передаче еды друг другу, то есть через рот. Муравьи часто кормят друг друга: например, рабочий муравей, отыскавший еду за пределами муравейника, пережевывает пищу, затем возвращается в колонию, встречается с рабочим-нянькой, отрыгивает ему пищу через рот, а тот в свою очередь таким же образом кормит личинок.

Различный химический состав феромонов тоже несет свой смысл (прим. ред.: феромоны — это продукты внешней секреции, вещества, выделяемые специальными железами, основное назначение которых — коммуникация между особями, влияние на поведение и эмоциональное состояние). Многие, конечно же, обращали внимание, что муравьи часто движутся как будто по дорогам, один за другим: их направляют специальные феромоны, которые муравьи оставляют на земле, указывая собратьям, например, путь к источнику пищи. А феромоны тревоги, выделяемые железами мандибул, вызывают мгновенную мобилизацию солдат и агрессию.

У муравьев также есть механизм распознавания своих и чужих особей. Каждая колония, даже одного биологического вида, обладает уникальным запахом. Встречаясь, муравьи касаются друг друга усиками, считывая этот химический паспорт. Увы, этот паспорт тоже можно подделать. И такая подделка позволяет некоторым паразитам и хищникам проникать в гнездо: таким способом пользуются, например, муравьи-рабовладельцы, которые похищают личинки другого вида и заставляют их потом жить у себя и работать на благо колонии, маскируясь под их сородичей. Или другой интересный пример химического обмана — бабочки из семейства голубянок. Их гусеницы имитируют запах муравьев или звуки, которые издает матка, чтобы члены колонии приняли ее за свою, кормили и защищали от врагов.

Защита колонии и стратегии выживания муравьев

Выживание такого сложно устроенного социума требует жестких стратегий обороны. В случае нападения на колонию основную роль в защите играют рабочие муравьи-солдаты: они всегда крупнее обычных рабочих особей, у них мощная голова и хорошо развитые мандибулы.  Химическое оружие — главный козырь семейства Formicidae. Например, красные муравьи-бульдоги (лат. Myrmecia gulosa) впрыскивают токсичный яд через жало, и их укус очень болезненный. А лесные муравьи способны выстреливать струей муравьиной кислоты на расстояние до 30 сантиметров. Муравьиная кислота — это специальное вещество, которое вырабатывается железами, расположенными на брюшке насекомого. Помимо оборонительной функции, эта кислота нужна и для обеззараживания организма: замечено, что после еды муравьи проглатывают немного кислоты, чтобы уничтожить патогенную микрофлору в пищеварительном тракте.

У разных видов муравьев свои стратегии выживания, и не все из них сооружают стационарные муравейники. Интересен образ жизни кочевых муравьев Eciton burchellii. Они не имеют постоянного гнезда и передвигаются огромными колоннами, уничтожая все на своем пути. Ночью они формируют некое подобие жилища из собственных тел, внутри которого в безопасности находятся матка и личинки.

Другой оригинальный вид — муравьи Crematogaster mimosae. Они обитают в африканской саванне. Эти насекомые не строят гнезд, а живут на местных акациях вида Acacia drepanolobium. Акация специально для муравьев выращивает небольшие утолщения на ветвях, и в этих вздутиях селятся муравьи. Как только растение начинает поедать жираф или слон, насекомые яростно атакуют травоядных, защищая себя и свое жилище от уничтожения.

Есть среди муравьев и паразиты. Муравьи-амазонки, например, утратили способность к самостоятельному кормлению и уходу за потомством. Они совершают набеги на гнезда других видов, похищая у своих жертв куколки. Вылупившиеся «рабы» выполняют всю работу в гнезде хозяев, принимая их за свою семью благодаря химической мимикрии.

Муравьи и экосистема: роль в природе

Роль муравьев в биосфере многогранна. Они являются ключевыми средообразователями наземных экосистем. Роющая деятельность муравьев обеспечивает перемешивание минеральных и органических компонентов почвы, улучшает аэрацию и водопроницаемость грунта. По объему перемещаемой почвы муравьи иногда превосходят дождевых червей.

Муравьи — важнейшие распространители семян. Более 3000 видов растений имеют на семенах специальные питательные придатки — элайосомы. Муравьи уносят семена в муравейник, съедают придаток, а само семя, защищенное твердой оболочкой, остается во влажной, удобренной почве гнезда, где часто прорастает.

Будучи хищниками, муравьи регулируют численность почвенных беспозвоночных, гусениц и личинок насекомых-вредителей. В то же время пищевые сети тропических лесов не могут существовать без муравьев, которые служат основным источником белка для множества местных видов птиц, млекопитающих, рептилий. В кулинарных традициях народов Юго-Восточной Азии, Африки и Центральной Америки также есть блюда, в состав которых входят личинки муравьев и взрослые особи.

Интересные факты о муравьях

• Хитрости терморегуляции. В холодную погоду муравьи массово выползают на купол муравейника, поглощая солнечное тепло, а затем уходят вглубь, передавая его сородичам.
• «Живые мосты». Муравьи-кочевники способны цепляться лапками друг за друга и строить в воздухе прочные конструкции, формируя «живые мосты» через пропасти, чтобы колонна с маткой могла переправиться на новое место.

• Грибковые зомби. Споры гриба Ophiocordyceps unilateralis поражают нервную систему муравьев-древоточцев, заставляя их вцепиться в жилку листа на определенной высоте, идеальной для прорастания гриба, после чего насекомое погибает.
• «Ноев ковчег». Огненные муравьи Solenopsis invicta при затоплении формируют из своих тел плот, который может плавать неделями, сохраняя жизнь матке, расположенной в центре конструкции.
• Супернавигация. Пустынные муравьи-бегунки используют «счетчик шагов» и визуальные ориентиры, чтобы после многочасовых блужданий в поисках падали вернуться обратно в крошечное отверстие в песке, ведущее в глубь муравейника. «Счетчик шагов» – это буквально подсчет шагов: эксперименты показали, что муравей каким-то образом фиксирует число шагов и, направляясь обратно, отмеряет такое количество.  Возможно, этот автоматический счетчик является частью нервной системы насекомого.

Муравьи в вопросах и ответах

1. Сколько живет муравей?

Продолжительность жизни зависит от вида и роли муравья. Рабочие особи мелких видов, например, фараонова муравья, живут от нескольких недель до пары месяцев. Рабочие лесных муравьев могут жить до 3 – 5 лет. Рекордсменами являются матки: например, матки вида Lasius niger в лабораторных условиях доживали до 28 лет, что является абсолютным рекордом по продолжительности жизни среди всех насекомых.

2. Чем питаются муравьи в природе?

В основном муравьи всеядны, но рацион зависит от конкретного вида. Большинству необходимы углеводы из растений и белки из животной пищи для выращивания личинок. Но, например, листорезы питаются грибами, которые сами же выращивают, жнецы потребляют семена, а хищные виды, такие как понеры, охотятся на мелких членистоногих.

3. Как муравьи находят дорогу домой?

Они используют феромоны для прокладки химических троп. Но в пустынях, где дует ветер и след из феромонов быстро заметается, муравьи применяют «интеграцию пути»: их нервная система непрерывно вычисляет вектор и расстояние от гнезда, используя счетчик шагов. Также применяются визуальные ландшафтные ориентиры.

4. Сколько особей живет в одном муравейнике?

Численность колонии колеблется от нескольких десятков особей у примитивных видов до миллионов и десятков миллионов у социальных паразитов и кочевых муравьев. Колонии аргентинских муравьев или огненных муравьев могут формировать суперколонии, простирающиеся на тысячи километров и содержащие миллиарды особей.

5. Кто такая матка и сколько их в колонии?

Матка — это половозрелая самка. У многих видов это единственная особь, способная откладывать оплодотворенные яйца, из которых развиваются рабочие муравьи и новые матки. Иногда бывает несколько маток, а у фараоновых муравьев или огненных муравьев их могут быть сотни, что обеспечивает невероятную скорость роста колонии.

6. Как муравьи общаются между собой?

Главный способ общения — при помощи феромонов. Дополнительно используется тактильный контакт и постукивание усиками для привлечения внимания в экстренных ситуациях.

7. Почему муравьи могут переносить предметы тяжелее себя?

Это связано с законами квадрата-куба и строением экзоскелета муравья. Отношение площади поперечного сечения мышцы, которая определяет силу, к объему тела, который определяет вес у мелких животных, намного выше, чем у крупных. Кроме того, хитиновый панцирь служит идеальным рычагом для крепления мышц, позволяя муравью поднимать грузы, превышающие массу его тела в 10 – 50 раз.

8. Зачем муравьи разводят тлю?

Тли, питаясь соком растений, выделяют избыток сахаров и аминокислот в виде липкой пади. Муравьи защищают тлей от божьих коровок и наездников, переносят на сочные растения, а иногда забирают яйца тлей на зиму в муравейник. Взамен муравьи получают высококалорийный, легкоусвояемый источник углеводов в виде пади.

9. Как муравьи защищаются от врагов?

Арсенал включает химическое оружие — муравьиная кислота, яды, выделяемые через жало или специальные железы, а также физические повреждения — укус мандибулами. Некоторые виды используют тактику массового нападения.

10. Есть ли у муравьев “рабство” между видами?

Да, муравьи-рабовладельцы совершают набеги на чужие гнезда, похищая куколок. Вылупившиеся из них муравьи другого вида, руководствуясь инстинктами и химическим запахом, начинают обслуживать хозяев-амазонок, кормить их личинок и убирать гнездо, так как сами рабовладельцы не способны даже самостоятельно питаться.

11. Где живут самые крупные муравьи?

Самые крупные современные муравьи обитают в тропических лесах Южной Америки, Африки и Австралии. Например, Camponotus gigas из Африки достигает 30 мм.

12. Как зимуют муравьи?

В умеренных широтах муравьи впадают в состояние диапаузы. Осенью они опускаются в глубокие, непромерзающие почвенные горизонты, прекращают питание и замедляют метаболизм. Личинки последнего возраста часто зимуют, окукливаясь весной. Перед зимовкой муравьи очищают зобики, выводя непереваренные остатки, и плотно закрывают входы в гнездо землей.

13. Опасны ли муравьи для человека?

Большинство видов безвредны. Но тропические кочевые муравьи (Siafu) могут представлять угрозу для обездвиженных людей или животных. Огненные муравьи Solenopsis болезненно жалят, вызывая сильные аллергические реакции и анафилактический шок у чувствительных людей.

14. Чем домашние муравьи отличаются от лесных?

«Домашние» муравьи, например, фараоновы — это тропические виды, случайно интродуцированные человеком. В отличие от лесных, они не впадают в диапаузу, размножаются круглый год, и питаются исключительно пищевыми отходами человека.

15. Какую пользу приносят муравьи природе?

Муравьи — ключевые инженеры экосистем. Они рыхлят почву, обогащая ее азотом и фосфором, распространяют семена тысяч растений и регулируют численность насекомых-вредителей, выступая как биологический контроль. Они также служат кормовой базой для птиц, земноводных и млекопитающих. Без муравьев процессы разложения органики и круговорота веществ в наземных биоценозах шли бы очень медленно.

***

Семейство муравьев — пример весьма успешного эволюционного эксперимента. Сегодня представители этого семейства занимают ведущие роли в наземных экосистемах. Но успех муравьев обусловлен не индивидуальными физиологическими адаптациями, а возникновением эусоциальности — высшей формы общественной организации, где колония функционирует как единый суперорганизм, а личные потребности принесены в жертву ради общего блага.

Автор текста Ольга Фролова

Изображение на обложке: Magnific