Bladsnijdersmieren tuinieren er niet alleen op los, het zijn ook meesterlijke architecten. Ze bouwen nesten met complexe tunnelnetwerken en systemen voor ventilatie en CO2-regulatie.
Eind jaren negentig zag Marcela Cosarinsky voor het eerst een nest Atta vollenweideri-bladsnijdersmieren in de Argentijnse graslanden, waar ze termieten bestudeerde. Kinderen uit de buurt namen haar mee naar een aarden heuvel, groot genoeg om een Jeep op te parkeren, met bovenop een soort schoorsteenachtige structuren. Ze kon nauwelijks geloven dat insecten zoiets imposants konden bouwen.
‘Ik vond het echt een mysterie,’ zegt Cosarinsky, een gepensioneerd bioloog van de Universiteit van Buenos Aires. De nesten van bladsnijdersmieren kunnen zowel ongekend groot als zeer complex zijn, en ze bestaan uit talloze kamers en torentjes. Toch is er geen blauwdruk of ontwerp voor deze verbluffende bouwwerken, en ook is er geen genie dat het hele bouwproces overziet. ‘Deze mieren hebben geen architect,’ zegt Cosarinsky. ‘Er is geen hiërarchie waarbinnen iedereen weet wat hij moet doen.’
Bladsnijdersmieren zijn vooral bekend vanwege de lange, krioelende groene lijnen die ze vormen wanneer ze versgesneden stukjes blad of gras door neotropische landschappen vervoeren. Ze gebruiken deze plantendeeltjes als voeding voor de schimmeltuinen die ze in hun nest hebben aangelegd. Sommige van die tuinen behoren tot de grootste en meest complexe bouwwerken in de dierenwereld.
In een poging te begrijpen hoe deze nesten tot stand komen zocht Cosarinsky – zoals vele onderzoekers die zich bezighouden met de nesten van bladsnijdersmieren – de samenwerking met Flavio Roces. Deze gedragswetenschapper aan de Universiteit van Würzburg in Duitsland is dé internationale speurneus als het gaat om het mysterie van de afwezige architecten. Roces en zijn collega’s hebben aangetoond dat bouwmieren reageren op eenvoudige signalen bij het nemen van cruciale beslissingen. Inmiddels ontstaat er geleidelijk een beeld van hoe al die beslissingen bij elkaar leiden tot de bouw van een ware metropool.
De eerste mierenboerderijen
Mieren zijn al tientallen miljoenen jaren geleden begonnen met landbouw. De landbouwers van weleer hebben zich sindsdien opgedeeld in zo’n 250 verschillende soorten, waarvan de meeste hun schimmels voeden met dode planten, insectenuitwerpselen en andere overblijfselen. Eén elitetak aan de stamboom kwam tot de ontdekking dat ze de schimmels ook konden voeden met vers afgesneden stukjes van levende planten. Dit waren de eerste bladsnijders, en die innovatie stelde hun in staat op grote schaal te bouwen. Tegenwoordig zijn er zo’n vijftig soorten bladsnijders, die leven in verschillende warme streken, van Texas tot aan Argentinië.
Het zijn altijd de koninginnen die een begin maken met het nest. Maagdelijke koninginnen vliegen en masse uit van hun geboortenest en nemen bolletjes schimmel mee in hun mondholte. In de lucht paren ze met mannetjes en vervolgens gaan ze op zoek naar een plek om te landen.
‘Op die dagen zie je een regen van nieuwe koninginnen neerdalen over het landschap,’ aldus evolutionair bioloog Ulrich Mueller van de Universiteit van Texas in Austin. ‘Alle kolonies in een bepaald gebied gaan synchroon te werk.’ De koningin graaft een tunnel die uitmondt in een kamer, en bij sommige soorten sluit ze zichzelf daarin op om eitjes te leggen en een begin te maken met haar schimmeltuin. Het kiezen van de juiste plek en de juiste diepte voor haar tunnel is van cruciaal belang voor het voortbestaan van haar kolonie.
‘Alle kolonies in een bepaald gebied gaan synchroon te werk’
Haar dilemma is dat ze haar energie moet sparen tot haar nakomelingen oud genoeg zijn om voor haar te zorgen, terwijl ze ook een omgeving moet zien te creëren waarin de mieren en de schimmeltuintjes gedijen. Als haar eerste kamer goed genoeg is, zullen haar kinderen schimmels hebben om zich mee te voeden. Maar als de kamer ondermaats is, kan dat het einde betekenen van haar ontluikende kolonie.
In experimenten met de soort Atta sexdens ontdekten Roces en zijn collega’s dat de meeste koninginnen stierven in de eerste negen weken nadat ze zich hadden opgesloten in het nest. En in 2022 kwam een Braziliaans team er tijdens experimenten achter dat Atta sexdens-koninginnen diepere nesten groeven en een grotere overlevingskans hadden in schaduwrijke, vochtige grond dan in een dichtere, drogere bodem.
In een van Roces’ favoriete onderzoeken kwam hij er samen met zijn voormalige student Kerstin Fröhle achter dat koninginnen van de soort Atta vollenweideri hun beslissingen baseren op tijd en afstand. In optimale omstandigheden graven koninginnen tot een diepte van zo’n dertig centimeter. Als ze die diepte niet binnen twintig uur hebben bereikt, geven ze het op en maken ze een kamer op de diepte waar de tunnel op dat moment eindigt. Roces denkt dat ze hun tunnels meten aan de hand van hun eigen lichaamsbewegingen, zoals mensen afstanden kunnen meten aan de hand van hun eigen voetstappen.
Zodra een kamer is voltooid, is de rol van de koningin bij de bouw van het nest uitgespeeld. Vanaf dat moment wordt de vorm van het steeds verder uitdijende nest bepaald door de beslissingen van haar nakomelingen. Om die beslissingen te begrijpen, moeten we iets meer weten over de schimmel, Leucoagaricus gongylophorus (champignonparasolzwam), een bleke, sponsachtige soort die continu verzorging nodig heeft. Hij moet warm worden gehouden, maar ook weer niet té warm, in een vochtige omgeving en beschermd tegen een te hoge concentratie CO2.
De onvolgroeide mieren leven tussen de schimmels, dus de tuinen dienen ook als crèche
Bladsnijdersmieren zijn bij uitstek toegerust voor deze taak: ze beschikken over het uitzonderlijke vermogen om CO2-niveaus te detecteren, en hun gevoeligheid voor temperatuur benadert die van een groefkopadder. Zodra bladsnijdersmieren voelen dat de condities niet meer optimaal zijn, verplaatsen ze hun schimmels en hun jongen. (De onvolgroeide mieren leven tussen de schimmels, dus de tuinen dienen ook als crèche.) Zo daalt bijvoorbeeld de Acromyrmex versicolor in de Sonorawoestijn in de droge seizoenen af naar dieper gelegen, vochtigere kamers, aldus Mueller.
En sommige soorten in koudere streken van Zuid-Amerika graven niet eens nesten onder de grond. Zij leggen een schimmeltuin aan op de grond en bedekken die met een isolerende overkapping die bestaat uit plantdeeltjes. Roces en zijn collega Martin Bollazzi, een entomoloog van de Universidad de la República in Uruguay, kwam tot de conclusie dat de overkappingen het nest warmer houden dan de grond. De mieren maken gaten in de overkapping als ze voelen dat het te warm wordt, en dichten die gaten weer als het koud wordt of als de luchtvochtigheid afneemt.
Zelfs binnen een bepaalde soort komen er verschillende nesttypen voor. Zo graven de Acromyrmex lundii-kolonies in warme omgevingen nesten onder de grond, terwijl ze overkapte nesten op de grond maken als het koud is. In een van hun eerdere gemeenschappelijke projecten ontdekten Bollazzi en Roces dat A. lundii-werkmieren het liefst graven in aarde van 25 graden Celsius, de ideale temperatuur voor de schimmels. Als de aarde warmer wordt, trekken de mieren naar een koelere plek. Zodra het kouder wordt, stoppen ze met graven.
De bouw van de nesten
Het onderzoek naar A. lundii heeft ook inzicht gegeven in het ontstaan van de ondergrondse structuren. De mieren graven meer tunnels naarmate de populatie groeit, maar ze maken de kamers niet groter, tenzij die kamers schimmeltuinen bevatten. Ze graven om de uitdijende schimmelmassa heen en laten precies zoveel ruimte tussen de schimmelmassa en de wanden van de kamer dat er nog een mier omheen kan lopen.
Maar hoe ‘besluiten’ ze nou wanneer ze een nieuwe kamer moeten bouwen? Het ziet ernaar uit dat mieren schimmels en larven achterlaten op plekken waar de condities optimaal zijn. Dat kan midden in een tunnel zijn. Roces en zijn voormalige student Daniela Römer bootsten deze situatie na door A lundii-werkmieren een gevorkte tunnel aan te bieden, waar zich in een van de takken een hoopje larven bevond. De mieren groeven twee keer zoveel aarde uit de tunnel met de larven, waardoor er een ronde, kamerachtige holte ontstond.
‘Het is niet zo dat ze besluiten: ik ga hier een kamer bouwen,’ aldus Bollazzi, die samen met Roces in de 2026-editie van de Annual Review of Entomology gedetailleerd ingaat op de manier waarop bladsnijdersmieren hun nesten bouwen. ‘Ze graven kamers uit rondom bepaalde voorwerpen, schimmeltuinen of larven, omdat ze meer ruimte nodig hebben. En als gevolg daarvan krijg je een nest dat bestaat uit tunnels en kamers.’
De mieren groeven twee keer zoveel aarde uit de tunnel met de larven, waardoor er een ronde, kamerachtige holte ontstond
Roces denkt dat de larven de mieren naar een bepaalde plek lokken, waardoor het vervolgens druk wordt, wat aanleiding is om te gaan graven. En zelfs zonder larven of schimmels kan drukte een trigger vormen om te gaan graven, zoals Roces aantoont in een nieuw, nog niet gepubliceerd onderzoek. Toen zijn collega’s en hij opstoppingen veroorzaakten in een smal deel van een tunnel, verbreedden de Atta laevigata-werkmieren de tunnel net zo lang tot de doorgangssnelheid weer normaal was. Kennelijk reageerden ze op de frequentie waarmee ze andere mieren tegen het lijf liepen.
De opmerkelijkste architectonische innovatie in de wereld van de bladsnijdersmieren wordt toegeschreven aan A. vollenweideri, de soort die Cosarinsky en haar jonge gidsen in Argentinië hadden gezien. Deze mieren maakten bij de tunnelopeningen boven op de heuvel een soort aanbouwtjes in de vorm van torentjes. Sommige aanbouwen zijn gevormd als een vulkaan, terwijl andere eerder doen denken aan een hutje dat is gebouwd door een moerasheks, met een ratjetoe aan ramen.
De torentjes maken deel uit van een ventilatiesysteem, en Roces ontdekte een kwarteeuw geleden hoe dat in elkaar steekt. De wind trekt aan wanneer hij over de heuvel blaast, waardoor er aan de bovenkant onderdruk ontstaat. Daardoor wordt de lucht uit de bovenste gaten gezogen, wat weer zorgt voor een negatieve druk die lucht aanzuigt door de gaten aan de voet van de heuvel. De torentjes versterken dit effect doordat ze de hoogste openingen nog verder omhoog brengen.
De torentjes maken deel uit van een ventilatiesysteem
A. vollenweideri-mieren hebben goede ventilatie nodig, omdat ze hun nest bouwen in kleirijke grond die de neiging heeft gassen vast te houden. Zowel mieren als schimmels produceren CO2, en waar mieren zonder nadelige effecten lucht kunnen inademen met een hoge CO2-concentratie, tot 8 procent, geldt dat niet voor de schimmels.
Roces heeft meerdere publicaties over A. vollenweideri-torentjes op zijn naam staan, en hij is er nog lang niet op uitgekeken. Zijn ontdekkingen geven inzicht in de vraag hoe het komt dat de torentjes zulke wonderlijke vormen aannemen: mieren besluiten hoeveel ‘ramen’ ze moeten maken op grond van de concentratie CO2 in de lucht die door de tunnel onder het torentje naar buiten stroomt.
De CO2-concentratie is ook bepalend voor de beslissing wáár de torentjes moeten komen, zo valt op te maken uit Roces’ nieuwste project, dat nog niet is gepubliceerd. In experimenten zijn individuele mieren geneigd te bouwen rondom openingen die meer CO2 uitstoten. Ze bouwen ook graag op plekken waar de uitstromende lucht vochtiger is – tenzij ze bij een drogere opening een torentje vinden dat al in aanbouw is. In dat geval sluiten ze zich aan bij de inspanningen van hun nestgenoten.
Het is vergelijkbaar met de manier waarop kinderen samen een zandkasteel maken, zelfs nog voordat ze kunnen praten
‘Dit is een vorm van indirecte communicatie via de structuren die ze bouwen,’ zegt Roces. Hij vergelijkt het met de manier waarop kinderen samen een zandkasteel maken, zelfs nog voordat ze kunnen praten.
Bij de algoritmen die mieren gebruiken om beslissingen te nemen is er sprake van een synergie die we nog altijd niet doorgronden. Een Atta laevigata-nest kan bestaan uit meer dan zevenduizend kamers die aan de tunnels liggen, als vruchten aan een tak, tot een diepte van meer dan zes meter. Sommige kamers, die door de mieren als afvalkamer worden gebruikt, zijn zo groot dat een mens erin zou kunnen staan.
En toch gelooft Roces niet dat de mieren een plattegrond van hun onderkomen in hun hoofd hebben. ‘Als je een mier op een willekeurig moment zou vragen: “Weet je waar je je bevindt in het nest?”, dan zal die mier waarschijnlijk zeggen: “Geen flauw idee, maar ik reageer op datgene waarop ik op het moment zelf moet reageren”,’ zegt hij. Stilstaan bij de grootsheid van het nest als geheel is vermoedelijk te veel gevraagd voor een mier. Dat is meer iets voor ons.