Планета муравьёв: читать книгу онлайн полностью и бесплатно

К тому же у нас с ними много общего. Наблюдать за жизнью муравьиной семьи – все равно что рассматривать фреску «Аллегория доброго правления» Амброджо Лоренцетти. На этой классической панорамной фреске, созданной в 1340 г., изображен город-государство Сиена, где царит совершенный порядок: добропорядочные законопослушные граждане заняты своими делами; они деловито суетятся на городских улицах и в домах, снуют туда и обратно через охраняемые городские ворота, трудятся на сельских просторах. Никто не слоняется бесцельно; каждый выполняет свою задачу. Разумеется, где-то там, за горизонтом, скрываются армии враждебных королевств и герцогств, но на данный момент ничто не нарушает счастливой мирной идиллии этого человеческого муравейника.

И все же, несмотря на определенное сходство, различия между муравьями и людьми огромны. Муравьи создают цивилизации, руководствуясь инстинктами, – они способны делать лишь то, что заложено в них эволюцией, и ничего больше. В отличие от них, люди движимы весьма противоречивыми потребностями и интересами – индивидуальными, семейными, племенными. Мы используем культуру, чтобы перебороть наши инстинкты или по меньшей мере взять их под контроль, даже если кладем их в основу наших ценностей.

Самое главное, как я уже упоминал, коммуникация посредством зрения и слуха позволяет нам передавать сообщения с любым произвольно выбранным смыслом. Иными словами, мы общаемся с помощью языка, и это создает условия для максимально быстрого развития социальных отношений. В отличие от нас, муравьи общаются путем выделения химических веществ, запах и вкус которых несут строго определенное значение, жестко запрограммированное на генетическом уровне.

Учитывая, что мы, люди, правим земным миром совместно с 10 квадриллионами муравьев, научиться говорить с ними на одном языке – разумная идея. Если бы мы высадились на другой планете и обнаружили, что она населена существами, относящимися к какому-либо общественному виду, разве мы бы не постарались наладить с ними коммуникацию?

Такие мысли бродили в моей голове летом 1958 г., когда я решил взяться за изучение муравьиного языка феромонов. Задача, безусловно, была крайне амбициозной, но я знал, как к ней подойти. В то время в моей гарвардской лаборатории жило несколько семей красных огненных муравьев. Особенности их цикла развития и относительная простота образа жизни делали этот вид как нельзя более подходящим для такого исследования.

Но с чего начать? Я воспользовался правилом, которым руководствовался на протяжении всей моей карьеры биолога-исследователя: для решения любой научной проблемы в биологии можно найти вид, который идеально для этого подходит; и наоборот, для каждого вида живых существ всегда найдется проблема, которая идеально решается при его изучении.

В случае красных огненных муравьев такой идеальной научной проблемой была коммуникация при поиске пищи. Их рабочие – гении среди муравьев в деле координации усилий по поиску и доставке корма в гнездо. Стоит поселиться в вашем саду семье огненных муравьев, и уже через несколько дней они начнут воровать крошки печенья с вашего кухонного стола. Как уже говорилось выше, их разведчики обыскивают местность в поисках корма и, обнаружив его, вызывают на подмогу сородичей, которые обеспечивают защиту и транспортировку трофея в гнездо. Для этого им нужно сообщить рабочим точное местонахождение добычи. Когда разведчик находит слишком большую добычу, которую ему одному не под силу оттащить в гнездо, например мертвую мышь или кусок торта, неосмотрительно забытый на столике для пикника, он съедает некоторое ее количество, чтобы его ротовой аппарат пропах едой, – по этому запаху рабочие муравьи смогут понять, что это за еда, и оценить ее качество. Затем он возвращается в гнездо по относительно прямой траектории, выдвигая из брюшка жало и волоча его кончик по земле, чтобы пометить тропу следовыми феромонами.

Забежав в гнездо, разведчик по очереди подбегает к рабочим муравьям и приглашает их проследовать по феромоновой дорожке на обед, давая возможность оценить характер и качество найденной пищи. Чем вкуснее еда и чем голоднее семья, тем больше взбудоражен разведчик и тем больше он суетится. В переводе на человеческий язык он не просто сообщает другим: «Я нашел еду», а как бы кричит: «ЕДА! Я НАШЕЛ ЕДУ! СЛЕДУЙТЕ ЗА МНОЙ!» После оживленного общения с несколькими рабочими он возвращается обратно по проложенной тропе.

Я сразу понял две вещи: во-первых, эта тропа помечена феромонами; во-вторых, тестируя в лабораторных условиях реакцию муравьев, можно определить, какая именно железа вырабатывает следовой феромон.

Итак, я решил найти эту железу. Если мне удастся расшифровать хотя бы этот крошечный фрагмент муравьиного «Розеттского камня», я научусь «разговаривать» с огненными муравьями – для начала приглашать их на обед. Все, что мне для этого нужно, – это отделить экзокринные железы, секретирующие вещества на поверхности муравьиного тела, и экспериментировать с созданием искусственных феромоновых троп до тех пор, пока лабораторные муравьи не начнут реагировать на них как на естественные.

Разумеется, для этого мне необходимо было знать, какие вообще экзокринные железы есть у муравьев и где они расположены. К тому времени анатомия экзокринной системы муравьев уже была известна в общих чертах благодаря работам, осуществленным еще в XIX в. и первой половине XX в. микроскопистами Шарлем Жанэ, Огюстом Форелем, Уильямом Мортоном Уилером и Марио Паваном. В этих ранних анатомических исследованиях использовался классический метод гистологии: тонкие последовательные срезы ткани изучались под микроскопом, после чего реконструировались присутствующие в них трехмерные структуры. Работы этих исследователей оказали мне неоценимую помощь – на самом деле без них я бы ничего не сумел сделать, – но на практике все было далеко не так просто. Типичный огненный муравей – крошечное существо длиной 2–5 мм и весом 1–2 мг. Мне требовалось выделить железы величиной не больше пылинки, промыть от загрязнителей, добыть из них содержимое и испытать его на лабораторных муравьях.

Обычно биологи выполняют подобные тончайшие операции с помощью микроманипуляторов – специальных инструментов, которые, передавая движения неуклюжих человеческих пальцев на микроинструменты, позволяют манипулировать под микроскопом мельчайшими объектами. Мне, честно признаться, не хватило терпения овладеть этой новой технологией, но, как оказалось, я прекрасно обошелся и без нее. Я достиг своей цели с помощью самого тонкого из всех ручных инструментов – пинцета Dumont № 5 с игольчатыми кончиками, который, в частности, используется ювелирами для работы с очень мелкими драгоценными камнями. Чтобы отделить железы от окружающей ткани, мне даже не потребовалось делать никаких осознанных движений: было достаточно обычного тремора пальцев, который незаметен для невооруженного глаза, но хорошо виден под микроскопом. Этих непроизвольных движений было достаточно, чтобы перерезать основание желез, после чего я мог осторожно перенести их в специальный физиологический раствор для дальнейшей работы.

Именно в процессе изучения муравьиных феромонов я вывел еще один важный принцип биологических исследований:

Чтобы открыть что-то новое, используйте метод случайного поиска – так называемую серендипность. Проводите точные и легко повторимые, но не узконаправленные эксперименты, независимо от того, будет ли их результат соответствовать вашим ожиданиям или нет. Главная цель – обнаружить ранее неизвестный феномен. Достигнув этой цели, далее вы повторяете эксперименты, осуществляете тщательные измерения, ищете другие способы проверить результат, строите и проверяете альтернативные объяснения и только после этого готовите научную публикацию или объявляете о своем открытии каким-либо другим способом.

Следование принципу серендипности в поисках следового феромона привело меня к удивительному открытию. Первым делом я сосредоточился на ядовитой железе. Наблюдения через микроскоп показали, что разведчики огненных муравьев прокладывают химическую тропу, выдвигая жало и оставляя на поверхности феромоновый след. Логично было предположить, что, поскольку жало связано с ядовитой железой, функцию следового феромона выполняет яд. Но проверка этой гипотезы дала отрицательный результат. Голодные огненные муравьи не обращали на ядовитую тропу никакого внимания. Что было более предсказуемо, проигнорировали они и содержимое других желез, расположенных в разных местах муравьиного тела.

Тогда я решил проверить еще одного кандидата – дюфурову железу, названную в честь Жана Мари Леона Дюфура, впервые описавшего ее в 1841 г. Она имеется у многих видов муравьев и ос, и ее проток открывается в основание жала. Если смотреть невооруженным глазом, она выглядит как крошечное белое пятнышко; под микроскопом напоминает сосиску. Ничто не говорило о том, что она может выполнять такую важную функцию, как секреция следовых феромонов. Но когда я вынул дюфурову железу из убитого муравья, промыл ее в физиологическом растворе, раздавил заостренным кончиком палочки-аппликатора и нарисовал ею искусственный след от входа в гнездо, результат был просто потрясающим. Муравьи хлынули из гнезда, как толпа людей из переполненного здания при сигнале пожарной тревоги, и принялись бегать туда и обратно по прочерченной мной линии.

Итак, первый контакт был установлен: активное химическое вещество вызвало искомый биологический ответ. Теперь мне нужно было взять биопробу и идентифицировать само химическое вещество. В случае успеха моя работа обещала стать настоящим прорывом – так сказать, первым словом, расшифрованным на муравьином «Розеттском камне». К счастью для меня, химики-органики незадолго до этого усовершенствовали метод анализа органических смесей, называемый газовой хроматографией, который позволяет разделить присутствующие в смеси органические вещества и определить их даже в следовых количествах посредством сравнения с уже известными веществами, идентифицированными с помощью масс-спектрометрии.

Чтобы помочь мне с анализом муравьиного феромона, к моей гарвардской команде присоединились трое химиков, знакомых с новым методом. Это были Джеймс Макклоски, в то время начинающий профессор Медицинского колледжа Бейлора в Хьюстоне (штат Техас); Джон Ло, профессор Чикагского университета, позже заведующий кафедрой биохимии в Аризонском университете; и аспирант Кристофер Уолш, впоследствии ставший известным преподавателем Медицинской школы Гарвардского университета. Чтобы проанализировать состав следового феромона с помощью газового хроматографа, нужен был чистый образец весом хотя бы несколько миллиграммов. И в этом была вся загвоздка: в одном муравье содержится всего несколько миллионных грамма феромона. Чтобы получить нужное количество образца, нам требовалось несколько тысяч муравьев.

Где взять столько огненных муравьев? Как мирмеколог, я знал ответ на этот вопрос: на юго-востоке США, где на поросших травой участках вдоль автомагистралей и проселочных дорог их муравейники встречаются через каждые 100 м. В таком муравейнике живет около 200 000 рабочих. И у меня имелась отработанная технология их массового сбора.

Поэтому я отвез своих друзей-химиков на запад от Джексонвилла (штат Флорида). Там, вокруг прудов, питаемых медленными пресноводными речушками, расположились десятки гнезд огненных муравьев. Храбро пренебрегая опасностью, мы выкапывали лопатой земляные гнезда и бросали их в воду. Муравьи всплывали на поверхность и, подчиняясь тому же инстинкту, который спасает их семьи при природных наводнениях, сцеплялись в живые плоты.

Воспользовавшись этим коллективным инстинктом, наша гарвардская команда собрала достаточно огненных муравьев, а затем и вырабатываемых их телами секретов, чтобы провести обычный химический анализ органических веществ. Экспериментируя с искусственными тропами из очищенного материала, мы с коллегами пришли к выводу, что этим следовым феромоном, скорее всего, является соединение из класса терпеноидов.

Но затем по каким-то загадочным причинам мы столкнулись с неудачей. Чем лучше мы очищали этот феромон, чтобы узнать его атомную структуру, тем слабее было его действие. Это могло означать лишь одно: исследуемый эффект вызывается не одним веществом, а смесью нескольких веществ. Вскоре Роберт Вандер Меер, руководитель лаборатории по изучению огненных муравьев Министерства сельского хозяйства США в Гейнсвилле (штат Флорида), подтвердил нашу догадку. Он обнаружил, что дюфурова железа вырабатывает несколько видов феромонов, в том числе следовой и половой феромоны, а также феромон тревоги, и именно эта смесь обеспечивает искомый эффект «Идите за мной!».

Как-то раз я выступил в роли муравьиного Моисея, капнув каплю концентрированной феромоновой смеси у входа в гнездо в лабораторном формикарии. Его обитатели мгновенно вняли моему призыву: в невероятном возбуждении они высыпали из гнезда и, вероятно, были готовы последовать за мной на край света. Но я, к сожалению, не мог предложить им путь к земле обетованной, а потому, напрасно побегав вокруг, они, один за другим, вернулись домой.

12

Муравьиные языки

Среди более чем 15 000 выделенных и описанных энтомологами видов муравьев существует поистине вавилонское смешение муравьиных диалектов – наборов феромонов, используемых муравьями, чтобы организовать свою социальную жизнь. Мы с моими коллегами-биологами еще только учимся переводить их химический язык на аудиовизуальный язык человеческого вида.

Сколько всего феромонов использует рабочий муравей одного вида? Сколько слов существует в муравьином языке? По моим оценкам, от 10 до 20, хотя точное число зависит от вида. Кроме того, муравьи могут создавать разные сообщения, варьируя количество выделяемых феромонов.

Например, когда рабочий муравей-жнец Pogonomyrmex badius, занимающийся сбором семян и прочего корма, сталкивается с группой своих смертельных врагов – огненных муравьев, он выпускает из двойных желез, находящихся у основания зазубренных жвал, струю из мельчайших капелек метилгептанона, феромона тревоги. Это летучее вещество быстро рассеивается и превращается в пахучий метилгептаноновый пар, запах которого могут почувствовать не только муравьи, но даже люди. Облако феромона образует полусферическое «активное пространство», где концентрация вещества и, следовательно, запаха максимальна у головы выпустившего его муравья и экспоненциально снижается к периферии.

Такое пахучее сообщение действует следующим образом: муравей, находящийся на периферии активного пространства, улавливает слабый сигнал, который привлекает его внимание и побуждает двинуться в сторону более высокой концентрации феромона. Присутствие в воздухе метилгептанона действует как мигающий красный датчик тревоги, говорящий муравью: «Внимание! Что-то не так. Иди и узнай, что там происходит!» Приближаясь к зоне с высокой концентрацией феромона, муравей приходит в возбуждение, его движения ускоряются. «На помощь! – говорит ему усиливающийся химический сигнал. – Твой товарищ в беде! Беги туда, где выше концентрация феромона!» В течение нескольких секунд муравей находит источник запаха – попавшего в беду товарища – и присоединяется к драке. Так посредством одного феромона муравей-жнец передает по меньшей мере сразу три сообщения.

Понимают ли муравьи одного вида феромоновые языки других видов? В некоторых случаях понимают, и именно это делает возможным такое довольно распространенное явление в муравьином мире, как социальный паразитизм. Один из таких примеров я обнаружил у древесного вида Azteca chartifex, обитающего в горных лесах на севере Тринидада. Семьи ацтеков разрастаются до огромных размеров и строят на деревьях гигантские гнезда из пережеванного древесного волокна. Десятки тысяч рабочих текут плотным потоком по ветвям и стволу из гнезда на наземные кормовые участки, изобилующие насекомыми и растительным материалом.

Но, наблюдая за их семьями, я заметил среди них другой вид муравьев, несколько крупнее и иного окраса (позже идентифицированный как Camponotus apicalis). Эти муравьи жили в собственном древесном гнезде, но использовали те же тропы, ведущие к наземным кормовым участкам, что и ацтеки. Проще говоря, они внедрялись в отлаженную систему продовольственного снабжения своих соседей и крали у них еду. Ацтеки пытались бороться с нахлебниками, но те были слишком сильными и быстрыми, чтобы их можно было поймать и убить.