Jak si mravenci topí.

 

Určitě jste již někdy viděli typické kupovité hnízdo lesních mravenců.  Během jara a léta udržují mravenci v tomto hnízdě teplotu v průměru asi o 10oC vyšší než je teplota okolí. Mravenci přitom  stejně jako ostatní hmyz nedokáží regulovat svou tělesnou teplotu a ta je závislá na teplotě okolního prostředí. Co je vlastně důvodem k udržování vyšší teploty v hnízdech?  Jako u ostatního hmyzu i u mravenců je rychlost metabolických procesů závislá na teplotě.  Mravenci žijící při vyšší teplotě mají tedy například vyšší respiraci.  To by ovšem nebyla žádná zvláštní výhoda, vyšší respirace, znamená ve svých důsledcích větší výdej energie a nutnost obstarávání většího množství potravy. Vyšší teplota znamená ovšem také rychlejší vývoj mravenčího plodu. To může znamenat, že se v hnízdech  vyšší teplotou během sezóny vyvine více generací  dělnic a to zvyšuje sílu kolonie. Kromě toho se  vyvíjejí rychleji i pohlavní  jedinci a mohou začít zakládat nové kolonie dříve během sezóny což zvyšuje jejich  šanci na úspěch.  Předpokládá se tedy že rychlejší vývoj je tím přínosem, který udržování vyšší teploty v hnízdech má. Mravenci u nichž bylo pozorováno udržování vyšší hnízdní teploty si staví nadzemní kupovitá hnízda a nebo obývají dutiny stromů či jiné podobné prostory Naproti tomu u mravenců budujících zemní hnízda nebylo takové chování pozorováno. To ukazuje na značný význam hnízdní stavby pro udržování  hnízdní teploty. Obecně se nechá říci že mravenci  udržují konstantní teplotu v nadzemních strukturách tvořených dobrými izolanty.  Vytápění takových prostor je mnohem jednodušší než vytápění například podzemních dutin, neboť okolní půda má značnou tepelnou kapacitu, to znamená že na její ohřátí musíme dodat více tepla a navíc vyšší tepelná vodivost odvádí toto teplo do okolní půdy. Nadzemní struktury mohou navíc působit jako kolektory slunečního záření což opět usnadňuje termoregulaci těchto hnízd. Lesní mravenci (r. Formica.) udržují vyšší a poměrně stálou teplotu v prostoru, který se nachází v horní třetině nadzemní kupy (obrázek 1). Tomuto prostoru říkáme také někdy teplotní jádro a to v období  přibližně odpovídající vegetační sezóně (Obrázek 2). V tomto období byly pozorovány dva krajní typy denního chodu teplot. První z nich (obr 3a) je charakterizován postupným vzestupem teplot během dne, kulminací teplot v večerních hodinách a postupným poklesem teploty během noci s nejnižší teplotou  během časných ranních hodin. Ve večerních hodinách jsou často teploty povrchových vrstev hnízda vyšší než teploty uvnitř hnízda, v moci pak povrch hnízda rychleji vychládá.  Naproti tomu druhý typ denního chodu teploty (Obr 3b) je charakteristický nižšími teplotami během dne, prudkým nárůstem teplot po setmění a kulminací teploty okolo půlnoci, poté teplota velmi mírně klesá. Než se pokusíme odpovědět na otázku čím jsou tyto rozdíly způsobeny udělejme malou odbočku a podívejme se jak  mravenci udržují ve svých hnízdech vyšší teplotu než je teplota vzduchu. Mechanizmy napomáhající udržovat vyšší hnízdní teplotu můžeme rozdělit na  využívání externích zdrojů tepla a na produkci tepla uvnitř hnízda.  Jak již bylo výše zmíněno k nejvýznamnějším externím zdrojům tepla pro mraveniště je sluneční záření. Sluneční záření může být zachycováno jednak  vlastním tělesem hnízda a jednak samotnými mravenci.  Teplo zachycené povrchem hnízda se šíří dovnitř hnízda vedením. Přesun tepla dovnitř hnízda závisí tedy na tepelné vodivosti hnízdního materiálu. Ta je u suchých hnízd velmi malá a blíží se tepelné vodivosti komerčně používaných izolačních materiálů. Další patrně významnější cestou vstupu slunečního záření do hnízda je  prostřednictvím mravenců. Mravenci jsou tmaví a proto se snadno zahřívají jsou li vystaveni slunečnímu záření. Jejich těla obsahují značné množství vody, která má vysokou tepelnou kapacitu. A konečně pohybují se v hnízdě i mimo něj. To dělá y mravenců ideální  médium pro přenos tepla mezi hnízdem a okolím, zejména pak pro vnášení tepelné energie slunečního záření do hnízda. To je základem známého slunění mravenců (obr 4), kdy mravenci zejména v jarních měsících tvoří husté shluky na hnízdě tak aby byli co nejvíce vystaveni slunečnímu záření.  Jakmile se jejich těla zahřejí vracejí se zpět do vnitřních prostor hnízda které tím ohřívají.  Podobný princip se však uplatňuje  jaksi mimochodem během celého roku.  Mravenci kteří se vydávají do okolí hnízda za účelem sběru potravy jsou zde vystaveni slunečnímu záření, které akumulují a po příchodu dovnitř hnízda pak takto naakumulovaná tepelná energie ohřívá vnitřní prostor hnízda. Kromě tohoto využívaní vnějších zdrojů tepla, při vytápění mraveniště význame uplatňuje in metabolické teplo produkované uvnitř hnízda. To může mít dva hlavní zdroje jsou to jednak metabolické teplo produkované mravenci a jednak doplňkové metabolické teplo produkované mikroorganismy v hnízdním materiálu.  Metabolické teplo produkované mravenci může dosahovat hodnot 2-7W na mraveniště. Tato produkce tepla je plně dostačující k udržení hnízdní teploty u suchých hnízd s dobrými izolačními vlastnostmi. U vlhkých hnízd však tepelná vodivost hnízdního materiálu vzrůstá  a s tím vzrůstají i teplotní ztráty (obr.  5).  Naproti tomu u vlhkých hnízd se zvyšuje dodatečná produkce tepla způsobená  mikrobiální aktivitou (až několik desítek watů na hnízdo), která tyto narůstající tepelné ztráty kompenzuje. Můžeme tedy rozlišit dva hlavní mechanizmy udržování  vyšší teploty v hnízdech lesních mravenců. První z nich je založen na kombinaci  akumulace sluneční energie a metabolické produkce tepla mravenci, druhů pak  na kombinaci obou těchto mechanizmů s metabolickým teplem produkovaným mikroorganizmy. Oba způsoby udržování  teploty vedou ve svých důsledcích k podobným hodnotám průměrných teplot. Vlhčí a sušší hnízda se liší denním chodem teplot, u vlhkých hnízd se častěji vyskytuje denní chod teploty charakterizovaný vzestupem teplot během noci. U vlhkých hnízd bývá také pozorován pozvolnější vzestup  teplot v období jarního zahřívání hnízd.   Mechanizmus produkce tepla v hnízdech je tedy do značné míry závislý na vlhkostí hnízdního materiálu. Studie provedená u nás a ve Finsku shodně ukázali, že suchá hnízda jsou výrazně hojnější než hnízda vlhká,  přičemž velká zastíněná hnízda jsou tedy často vlhčí než menší dobře osvětlená hnízda. Detailnější pochopení faktorů, které vlhkost hnízd ovlivňují však vyžaduje ještě další výzkum.

 

V současnosti se snažíme pochopit jak jednotlivý mravenci mohou svým chováním přispět k udržování stálé teploty hnízda a osvětlit faktory, které regulují termoregulační chování jednotlivých mravenců.