У робочих особин мурашок-листорізів виявили мінеральну броню. Їх кутикула покрита шаром збагаченого магнієм кальциту, який вдвічі підвищує її міцність. Судячи з усього, ця адаптація захищає робітників від солдатів інших видів лісторезів, а також грибкових інфекцій. Як зазначається в статті для журналу, раніше вважалося, що екзоскелет комах не мінералізується.
Багато морських безхребетних, включаючи молюсків, голкошкірих і корали, будують раковини та екзоскелети з різних модифікацій карбонату кальцію. Включення додаткових речовин може зробити окремі скелетні елементи ще більш твердими. Так, у зубах морських їжаків розташовані структури з просоченого магнієм кальциту, що дозволяють їм розгризати вапняк.
Хоча включення магнію до складу екзоскелета дозволяє значно підвищити його міцність, це рішення з якоїсь причини зустрічається в природі дуже рідко. Не менш дивним здається той факт, що представники найрізноманітнішої групи безхребетних, комахи, не використовують при побудові скелетів карбонат кальцію - на відміну від ракоподібних, від яких вони, згідно з сучасними уявленнями, відбулися.
Команда дослідників на чолі з Кемероном Каррі (Cameron R. Currie) з Вісконскінського університету в Мадісоні вирішила більше дізнатися про будову екзоскелетів комах. Об'єктом їхньої уваги стали мурахи-лісторези, що мешкають на території від Мексики до Панами. Як і деякі інші види листорізів, вони практикують сільське господарство - вирощують гриби з сімейства.
Автори звернули увагу, що темно-коричнева кутикула великих робітників покрита білуватим зернистим нальотом. Вивчивши ці структури за допомогою електронної мікроскопії та низки інших методик, дослідники дійшли висновку, що вони являють собою шар збагаченого магнієм кальциту на поверхні екзоскелета мурахів. Цей шар складається з ідіоморфних ромбоедричних кристалів завдовжки від трьох до п'яти мікрометрів.
Щоб вивчити, як саме формується мінеральний шар на кутикулі, Каррі з колегами помістили її фрагменти в розчин, насичений іонами магнію і кальцію. У результаті на їх поверхні з'явився шар кристалів - кальцит з високим вмістом магнію. Коли в аналогічні умови помістили кутикулу іншого виду мурашок-листорізів, на її волосинах сформувалися кристали іншої модифікації карбонату кальцію - арагоніту, проте мінеральний шар на поверхні не з'явився.
Додаткові експерименти підтвердили, що формування кальцитового шару управляється білками верхнього шару кутикули, а не відбувається за рахунок випадкового осадження. Цікаво, що цей процес спостерігали на кутикулі зрілих робочих особин, але не у личинок. Вирощуючи великих робітників в контрольованих умовах, дослідники з'ясували, що в перші шість днів після виходу з лялечки мінерального шару на поверхні їх тіла ще немає: він формується тільки на восьмий день.
Середня твердість хітинової кутикули звичайного мураха (не збагачена мінералами) становить 0,73 гігапаскаля. У великих робітників цей показник становить 1,55 гігапаскаля. Враховуючи, що товщина кальцитового шару сягає 2,3 мікрометра (при середній товщині кутикули 33,5 мікрометра), даному виду вдалося вдвічі підняти твердість екзоскелета за рахунок збільшення його товщини всього на сім відсотків.
Ймовірно, мінеральна броня забезпечує великим робочим особам захист від солдатів інших видів мурашок, які здійснюють набіги на їх колонії. В експериментах мурахи з кальцитовим шаром на кутикулі значно ефективніше протистояли більшим солдатам, ніж їхні сородичі без броні. Враховуючи, що великі робітники часто залишають гніздо для збору листя (дрібні робітники зазвичай працюють всередині), наявність броні здається для них дуже корисним.
Втім, кальцитовий екзоскелет може служити і для захисту від інфекцій. Дослідники виявили, що робочі особини з мінеральним шаром на кутикулі значно більш стійкі до грибка порівняно з сородичами, які його позбавлені.
Автори зазначають, що мурахи-лісторези належать до числа найбільш вивчених тропічних комах. Той факт, що виявити кальцитову броню у них вдалося тільки зараз, свідчить, що аналогічна адаптація може бути поширена серед комах набагато ширше, ніж вважалося раніше.
Комахам не обов'язково просочувати свої екзоскелети мінералами, щоб домогтися їх міцності. Наприклад, панцир жука настільки міцний, що дозволяє власнику пережити наїзд легкового автомобіля. Згідно з недавнім дослідженням, міцність панциру даного виду надають його конструктивні особливості.