Саранчовые метаморфозы, которые превращают зеленых одиночек в желто-черный ужас, получили объяснение в рамках перколяционной теории. Правда, для этого пришлось сделать еще одно предположение.
Возможность предугадать вероятность возникновения нашествий и динамику популяций саранчи давно привлекала ученых. Было сделано немало попыток изучить экологию популяций этих насекомых. Несмотря на это, о поведенческих особенностях саранчи известно очень мало, утверждают авторы новой саранчевой теории.
Способность менять фенотип в течение жизни
Саранча – одно из немногих насекомых, для которых характерен полифенизм. Это особенность некоторых видов, при которой в одном генотипе реализуется несколько фенотипов. Так, у саранчи существует две фенотипические формы – одиночная и стайная. Они совсем не похожи друг на друга и выглядят, как совершенно разные виды, отличаясь по физиологии, поведению и даже по окраске. Одиночки зеленого цвета живут обособленно и избегают лишних контактов с сородичами. Внезапно саранча, ведущая одиночный образ жизни, образует огромные стаи. При этом насекомые меняют окраску на желтую с черным, представляя уже другой фенотип, со своей физиологией и поведением. Они объединяются вместе в огромные стаи, пожирая все живое. Такой внезапный резкий переход от одной фенотипической формы к другой получил название фазы полифенизма.
Разгадать причину возникновения этого резкого перехода и понять, что же заставляет саранчу объединиться в стаи, удалось ученым под руководством доктора Энди Ройнольдса, специалиста по изучению поведения социальных насекомых (университет Хартфордшира, Великобритания).
Теория перколяции или просачивания
Для объяснения причины возникновения фазы полифенизма Энди Ройнольдс использует теорию перколяции. Эта математическая теория широко используется в химии и физике. С ее помощью описывают поведение агрегирующих атомных кластеров или молекул. Центральное место в этой модели занимает порог перколяции -- концентрация внедряемых в систему объектов, при которой происходит качественное изменение системы.
Хищник--жертва
Ученые предположили, что переход саранчи к стайной форме существования стал защитным механизмом от поедания хищниками и связан с моделью «хищник--жертва», которая длительное время формировалась в процессе совместной эволюции видов саранчи и поедающих ее птиц и мелких млекопитающих.
Соединив модель с теорией перколяции, ученые получили следующее. Вначале единичные популяции саранчи разбросаны на определенной территории. Они начинают постепенно расти, и хищник все легче и легче переходит от одной популяции к другой, последовательно поедая все особи каждой группы.
Тем не менее группы растут. И когда расстояние между популяциями приближается к пороговому значению, саранче становится гораздо выгоднее перейти к стайной форме. Тогда хищнику будет сложно ориентироваться в мегагруппах, находящихся на большом расстоянии друг от друга.
По словам доктора Ройнольдса, цель саранчи – как можно быстрее объединиться в большие группы и изменить стратегию пищевого поведения хищника.
Доктор Ройнольдс считает, что эта модель поможет предсказать вспышки нашествия саранчи. Зная численность и разброс саранчи, можно оценить, находится ли она на пороге, выше которого начинается стихийное образование стаи, сметающее все на своем пути, или будет происходить спокойное и мирное существование одиноких особей.
