Er marcheert een colonne groene bladeren over de bosgrond. Ze lijken boven de grond te zweven, maar onder elk stukje blad zwoegt een mier, die zijn vangst vanuit de boomtoppen naar zijn ondergrondse kolonie brengt.
De bladeren zijn veel groter dan de bladsnijdermieren die ze dragen, en soms wel zes keer zo zwaar. Dat is hetzelfde als een persoon van 80 kilo die ongeveer een halve ton gewicht draagt.
Als het moet, kan deze mierensoort uit Zuid- en Midden-Amerika zelfs 50 keer zijn eigen gewicht dragen, en andere mierensoorten kunnen onder druk dingen tillen die 1000 keer zwaarder zijn dan zijzelf.
Met hun sterke spieren en nek kunnen sommige mieren 1000 keer hun eigen gewicht dragen.
Het lijf van de mier zit perfect in elkaar om zwaar te tillen, en de sociale insecten hebben dit vermogen ingezet om over de hele wereld geavanceerde mierengemeenschappen op te bouwen.
Een Japans-Frans onderzoeksteam ontdekte hoe het kan dat de mier zo sterk is. De onderzoekers scanden en analyseerden de spieren van werkmieren. De resultaten duiden erop dat de kracht van de mier een direct gevolg is van het feit dat zijn voorouders hun vleugels afstootten om ruimte te maken voor andere spieren. De mier gaf het vliegen op om zo sterk te worden dat hij de aarde kon veroveren.
Mier is vleugelloos neefje van de bij
Mieren zijn een van de grootste succesverhalen in de dierengeschiedenis. Ondanks hun bescheiden omvang vormen ze 15-20 procent van de totale biomassa van landdieren.
De mier gaat terug tot de Jura – fossielen duiden erop dat er 140-168 miljoen jaar geleden al mieren waren, toen de dinosauriërs op aarde heersten. Het plantenleven was toen lang niet zo rijk als tegenwoordig, en de verspreiding van de mieren was vergeleken met nu vrij beperkt.
Pas toen er circa 100 miljoen jaar geleden bloeiende planten verschenen, die de ecosystemen van nieuwe voedselbronnen voorzagen, kwam de mierenevolutie op gang. Sindsdien hebben de beestjes zich ontwikkeld tot ruim 14.000 soorten, verspreid over alle continenten behalve Antarctica.
De meeste mieren graven gangen uit en gooien de aarde op een hoop. De mierenkolonie is een hiërarchische samenleving, met de koningin bovenaan en de werksters onderaan.
De meeste mierensoorten leven in kolonies diep onder de grond, zoals de bladsnijdermier, die kolonies van wel 6 meter diep bouwt. De aarde van de vele uitgegraven gangen vormt een hoop boven de grond.
Andere soorten, zoals de timmermansmier, maken nesten in boomstammen, terwijl wevermieren hoog in de bomen kolonies bouwen van bladeren. Maar in welke omgeving ze ook leven, alle mieren zijn hypersociale insecten met een duidelijke rolverdeling tussen koningin, werksters en mannetjes.
Mierennest kent een strenge hiërarchie
De mier is zo succesvol dankzij een strenge arbeidsmoraal en een duidelijke taakverdeling. Iedereen kent zijn plaats. De koningin is de baas, de werksters verschaffen voedsel, zorgen voor de nakomelingen en verdedigen het nest.
1. Oudste werksters zorgen voor eten
Werksters gaan eropuit om bladeren, zaden en dode insecten te zoeken. Dit is de riskantste taak in de mierenkolonie, en daarom worden de oudste mieren erop uitgestuurd. Die zijn het grootst, het sterkst – en het best te missen.
2. Koningin legt duizenden eieren
De allerbelangrijkste mier is de koningin. Ze zit vaak verstopt in een kamer diep onder de grond, waar ze duizenden eieren legt. Mierenkoninginnen leven het langst van alle insecten – gemiddeld zo’n 10 tot 15 jaar.
3. Thuisblijvers zorgen voor kroost
De jongste werkmieren blijven thuis in de kolonie. Ze maken schoon en zorgen voor het kroost. De werksters brengen de eieren naar een broedkamer, verzorgen uitgekomen larven en poppen en breiden de gangen uit.
4. Mannetjes paren één keer en sterven
De mannetjes van de mierenkolonie hebben net als de koningin vleugels, zodat ze kunnen uitvliegen om een nieuwe kolonie te stichten. Hun enige taak is paren met de nieuwe koningin. Kort nadat die missie voltooid is, sterven ze.
De manier waarop de werksters onvermoeibaar eten verzamelen voor de kolonie, doet denken aan de wijze waarop bijen stuifmeel verzamelen voor hun nest. En dat is geen toeval.
Mieren zijn nauw verwant aan bijen en wespen. Ze stammen alle af van een wespachtige voorouder en behoren tot de vliesvleugeligen. Maar anders dan bij bijen en wespen kunnen bij mieren alleen de koningin en de mannetjes vliegen. De werksters hebben geen vleugels meer.
Dit is wel geïnterpreteerd als een aanpassing aan de nauwe ondergrondse gangen van het mierennest, maar uit nieuw onderzoek blijkt dat het verlies van vleugels niet slechts een noodzakelijk kwaad was, maar de sleutel tot het succes van de mier.
Verlies van vleugels werd een kracht
Vliegende dieren kunnen sneller grotere gebieden bestrijken, dus het lijkt gek dat de mier zijn vleugels zomaar opgaf. Maar vliegen heeft een prijs.
Bij vliegende insecten vormen de vleugelspieren soms ruim de helft van de totale spiermassa in het borststuk – het bovenlijf van een insect. Dat laat weinig ruimte voor andere spieren, bijvoorbeeld om het hoofd en de poten te stabiliseren en bewegen of de buik te ondersteunen.
Onderzoekers van het Japanse Okinawa Institute of Science and Technology Graduate University (OIST) en de Sorbonne in Parijs brachten de gevolgen van het verlies van de vleugels voor de spieren van de werksters in kaart.
20% van de totale biomassa van landdieren wordt gevormd door mieren.
Met geavanceerde röntgentechnologie scanden de onderzoekers de anatomie van werkmieren en koninginnen in hoge resolutie. Dit leverde een gedetailleerd 3D-beeld op van de spieren in het borststuk. De verschillen waren opvallend.
De musculatuur van het borststuk van de werkster is volledig gereorganiseerd. Drie spieren zijn groter geworden, en de aanhechting van diverse spieren is veranderd. De spier die bij de koningin de vleugels beweegt, is bij de werkster gekrompen tot een kleine, compacte spier. Hij is geoptimaliseerd om de spiergroepen te ondersteunen die kop, poten en buik bewegen.
Het verlies van de vleugelspieren maakte ook ruimte vrij voor grotere nekspieren. En de spieren die het lijf van de werkster optillen bij het slepen van zware voorwerpen, werden langer.
Mier stootte vleugels af en werd oersterk
Anders dan de koningin heeft de werkmier geen vleugels. Het verlies van de vleugels maakte ruimte voor grotere spieren die het lichaam, de nek en de poten versterken. Daardoor kan de mier zware dingen tillen.
1. Exoskelet ontlast spieren
Het mierenlijf bestaat uit drie delen: kop, borststuk en achterlijf. Het lichaam heeft een sterk exoskelet. Dat geeft steun, waardoor de spieren al hun kracht kunnen gebruiken om zware lasten te tillen.
2. Vleugelspier werd steunspier
Bij de koningin neemt de vleugelspier veel ruimte in in het bovenlijf. Toen de werksters hun vleugels verloren, kwam er plaats vrij. De vleugelspier werd een compacte spier, die achterlijf en poten ondersteunt.
3. Nekspieren helpen tillen
De verdwenen vleugelspieren maakten bij de werkster ook plaats voor veel grotere nekspieren. Die zijn cruciaal, omdat ze de kop ondersteunen en vasthouden als de mier met zijn kaken iets zwaars tilt.
4. Pootspieren werden langer
Door de extra ruimte in het bovenlijf konden de beenspieren van de werkmier zich uitbreiden tot boven in het bovenlijf. Dat geeft meer kracht om het lijf bij het zware tillen los van de grond te houden.
Deze veranderingen zijn de voornaamste oorzaak van de imposante kracht van de werksters. Maar ook stevige gewrichten, die extreme druk kunnen weerstaan, en een exoskelet dat het lijf ondersteunt zodat de spieren beschikbaar zijn om te tillen, dragen bij aan de haast bovennatuurlijke kracht van de mieren.
Werksters dragen de last samen
De gezwollen spieren gaven de mier de kracht om alle soorten ecosystemen binnen te dringen, van dorre woestijnen tot tropische regenwouden – en onze keukenkastjes. Maar als mieren niet zo goed konden samenwerken, hadden ze het alsnog nooit zo ver geschopt.
De combinatie van kracht en samenwerking wordt perfect geïllustreerd door de superlangsprietmier. Deze soort is erin gespecialiseerd zware vondsten in teamverband naar de kolonie te brengen.
Samen kunnen dieren veel zwaardere voorwerpen meenemen, maar toch gebeurt dit in de natuur zelden – en met reden. De aandacht voor de omgeving en de reactiesnelheid nemen per dragend individu namelijk aanzienlijk af, wat de kans om door een roofdier te worden gevangen vergroot.
Mieren behoren tot de weinige diersoorten die samen zware dingen tillen. De mier die er het laatst bij is gekomen, bepaalt altijd de richting.
Behalve mensen en enkele sociale spinnen en mestkevers dragen alleen mieren lasten samen. Maar omdat mieren met hun kaken tillen, zien ze weinig meer als ze grote voorwerpen dragen. De vraag is hoe ze de verplaatsing dan coördineren.
Wetenschappers van het Weizmann Institute of Science in Israël en het Franse Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS) onderzochten hoe superlangsprietmieren dat aanpakken.
De onderzoekers hadden de theorie dat één mier alle anderen zou aansturen, maar de resultaten lieten zien dat de groep altijd in dezelfde richting gaat als de mier die er als laatste bij is gekomen.
Als mieren samen voorwerpen dragen, wisselen ze elkaar onderweg voortdurend af, en het is slim om de nieuwste mier de leiding te geven, omdat die de meest frisse blik op de omgeving heeft.
Vechtersbazen verzorgen gewonden
Mieren gebruiken hun superkrachten niet alleen om samen dingen te dragen. Zo coöperatief als ze zijn als het gaat om hun koloniegenoten, zo vijandig zijn ze tegenover vreemden. Naburige kolonies vechten om hetzelfde voedsel en voeren voortdurend strijd.
Dat gaat vaak gepaard met hevige, frontale gevechten op het slagveld, maar spierballenvertoon is niet het enige wat mieren kunnen. Dankzij hun geavanceerde sociale vaardigheden weten ze hoe je geschillen oplost zonder slachtoffers te maken.
Honingpotmieren eten termieten, en als mieren uit twee kolonies in elkaars vaarwater komen, bepalen ze best sportief wie er recht heeft op de buit.
De werksters van beide kolonies vormen een kring en gaan op hun achterpoten staan. Na deze demonstratie verlaten de kleinste mieren het toneel, de termieten achterlatend voor de kolonie met de grotere mieren. Grote mieren wonen meestal in grote kolonies, dus dit is een goede indicator van wie een gevecht zou winnen.
Dat mieren gespecialiseerd zijn in oorlogvoering blijkt ook uit de manier waarop sommige soorten hun gewonde soldaten behandelen. Zoals de Megaponera analis doet als er mieren gewond raken bij het plunderen van termietenkolonies in de Sahara.
Speciale hospikmieren dragen hun gewonde kameraden rechtstreeks terug naar de kolonie, waar ze deze verzorgen en de gewonde ledematen op hun plaats houden terwijl ze de wond enkele minuten likken.
Een mier draagt een gewonde kameraad van het slagveld naar huis. Mieren likken de wonden van soortgenoten, waardoor deze beter herstellen.
En dat doet wonderen. Onbehandeld is de kans dat een gewonde mier binnen 24 uur sterft 80 procent, meestal door een infectie. Bij behandelde mieren is die kans maar 10 procent.
De onderzoekers die de mieren bestudeerden, zagen ook dat zwaargewonde mieren hulp weigerden, vermoedelijk omdat de kolonie beter voorrang kan geven aan mieren met de beste overlevingskansen.
Omgeving profiteert van graafwerk
Het harde werk en de spierkracht van de mieren komen niet alleen henzelf ten goede, maar ook het ecosysteem waarin ze leven. Uit een studie van Engelse onderzoekers van de universiteit van Exeter blijkt dat de aanwezigheid van mieren de biodiversiteit en de verspreiding van andere dieren in het gebied vergroot.
64 ton grond per hectare graaft een bepaalde mierensoort in 100 jaar op.
De studie werd uitgevoerd in Duitsland. De onderzoekers testten de impact van verschillende combinaties en populatiegroottes van rode mieren en wegmieren op andere diergroepen in het gebied.
Een van de belangrijkste oorzaken dat mieren zo’n positief effect hebben op andere dieren, is dat ze de grond omwoelen. Het merendeel van de mierensoorten bouwt ondergrondse kolonies, waarbij aarde vanuit de diepte naar de oppervlakte wordt gebracht.
Al die aarde wordt aan de oppervlakte op een hoop gegooid – de karakteristieke mierenhoop – om ruimte te maken voor de ondergrondse gangen en kamers. De mier haalt alles bij elkaar meer aarde naar boven dan andere gravers als termieten, wormen en grondeekhoorns.
Om erachter te komen hoeveel grond de mieren verplaatsen, volgden wetenschappers de Pogonomyrmex badius, die in Florida in de VS leeft. Op basis van de metingen schatten ze dat de soort in 100 jaar tijd 64 ton grond per hectare (10.000 m2) naar de oppervlakte haalt. En dat is maar één soort.
De enorme hoeveelheid komt mede doordat mieren vaak nieuwe kolonies bouwen. Dankzij de ondergrondse gangen kunnen water en zuurstof dieper doordringen, wat de bodemkwaliteit ten goede komt en de bodem tot een betere habitat voor planten en dieren maakt.
Daarnaast brengen de mieren voedsel en materialen naar beneden die de bodem van voedingsstoffen voorzien, en daar varen de plaatselijke flora en fauna wel bij. Mieren zijn dus een soort ingenieurs: ze bouwen ondergrondse steden die de bodemkwaliteit verbeteren en andere soorten aantrekken.
Mieren helpen het plantenleven niet alleen door de bodem te voeden, maar ook door zaden te verspreiden en ongedierte op te eten.
Mieren worden gecentrifugeerd
In de toekomst krijgen mieren mogelijk evenveel nut voor de robotica als voor ecosystemen. Wetenschappers beseffen dat de kracht van de mier een mechanisch wonder is, en wellicht is het mogelijk delen van de ingenieuze anatomie over te brengen op kleine robots.
Naast de spieren van het bovenlijf hebben onderzoekers ook de kracht van de gewrichten bestudeerd, met name de nek. Mieren tillen met hun krachtige kaken, waardoor er enorm veel kracht op de nek staat.
Om de sterkte van de nek te testen, lijmden de onderzoekers de kop van verdoofde mieren vast in een centrifuge, die ze met honderden rotaties per seconde lieten draaien.
Door de rotaties werd er een enorme kracht uitgeoefend op de mieren en werd hun lijf naar buiten geduwd. Maar omdat hun kop was vastgelijmd, bleven de mieren hangen totdat hun nek de druk niet meer aankon.
De onderzoekers wisten dat mieren enorme krachten kunnen weerstaan, maar ze hadden nooit gedacht dat de nek zo sterk zou zijn.
Bij krachten gelijk aan 350 keer het lichaamsgewicht van de mieren werd de nek uitgerekt en het hele lijf verlengd. Maar pas bij een kracht van 5000 keer het gewicht van de mier brak het nekgewricht af en werd de kop gescheiden van het lichaam.
Als we erin slagen de geheimen achter de kracht van de mier te kopiëren, kunnen we wellicht een leger van kleine, supersterke robots ontwikkelen die spullen voor ons kunnen tillen en verplaatsen – net zo goed als echte mieren.
