Тайны осиного гнезда. Причудливый мир самых недооцененных насекомых: читать книгу онлайн полностью и бесплатно

После целых страниц размышлений о непостижимых усилиях матери-истребительницы он берет назад прежние эпитеты, чтобы восхититься «материнской логикой насекомого». Но откуда мать знает, что сироп ядовит для ее потомства? Как возникла ситуация, когда мать питается только сахаром, а ее дети – исключительно мясом? Далее Фабр разражается пылкой тирадой о том, что, если бы он «веровал в эволюцию», то мог бы представить себе, что у предков пчелиного волка добычей могли питаться и взрослые особи, и личинки, но что «дорогостоящая привычка питаться добычей, не благоприятствующая большим популяциям, сохранилась для слабой личинки». Впрочем, Фабр, оставаясь непоколебимым критиком Дарвина, это объяснение предлагает исключительно в насмешку, по-детски перебраниваясь с оппонентом, а в итоге отвергает его очень просто: «Я не верю ни единому их [эволюционистов] слову». Фабру проще заявить, что «наука не дает ответа» на вопрос, почему существует разница в рационе, чем примет на веру «цепочку очень логичных умозаключений»[93] от эволюциониста.

Эксперименты Фабра с Philanthus были впечатляющими, но его выводы оказались не совсем точными. Он ошибался насчет того, что самка пчелиного волка убивает свою добычу; она просто парализует ее, как это делают другие одиночные осы. Еще он пришел бы в ужас, узнав, что иногда самки пчелиных волков набивают свои ячейки самцами собственного вида, на которых паразитирует их потомство. Он был очень близок к открытию фармакологической магии, которую хранит в себе самка пчелиного волка. По всей видимости, мать удаляет мед из зобика жертвы, чтобы свести к минимуму вероятность того, что добычу уничтожат микроорганизмы, прежде чем личинка осы насытится. Но это лишь малая толика медицинских талантов самки пчелиного волка; настоящая магия заключена в антибиотиках, которые она производит.

Александр Флеминг случайно открыл антибиотики лишь через десять лет после смерти Фабра. Но представление о важности борьбы с микроорганизмами не было чем-то новым для Фабра. К тому времени, когда он впервые начал писать об осах (1880-е годы), приобрела широкую известность (хотя еще не стала общепринятой) микробная теория Луи Пастера, а Джозеф Листер успел продемонстрировать важность использования карболовой кислоты как первого антисептика для уничтожения бактерий в операционной.

Возможно, именно письмо Леона Дюфура заставило Фабра задуматься над вопросом о роли антисептиков в осином яде. В ходе их переписки Дюфур предположил, что эти осы могут использовать какую-то форму консерванта, «антисептика», чтобы парализованный жук, добытый осой, оставался свежим. Дюфур как квалифицированный врач имел общее представление о важности антисептиков. Еще он был энтузиастом микроскопии и исследовал жуков – жертв Cerceris; к своему удивлению, он обнаружил, что жуки, закопанные вместе с личинкой осы, неделю или даже дольше остаются в первозданном состоянии. «Убивая златок, церцерис умеет чем-то предохранять их от высыхания и гниения в течение недели и двух», – писал он.

Дюфур проводил эксперименты: он извлекал пойманных жуков из логовищ ос, выдерживал их в течение нескольких дней, прежде чем препарировать, но в итоге «находил их внутренности столь свежими, как будто рассекал живое насекомое». Дюфур заключил, что оса, должно быть, впрыснула в пойманного жука какой-то антисептик. «Как превосходит нас церцерис своим быстрым, столь малостоящим и столь эффективным способом действий! – восхищался он. И далее задумывался: – Какие только уроки не предстоит нам извлечь из ее необыкновенной химии!»[94]

Фабр не разделял энтузиазма Дюфура. Более того, через все его работы красной нитью проходит неизменно язвительное отношение к мысли, что осы вырабатывают собственную разновидность антисептика. Возможно, у него было неверное представление об антисептиках, поскольку он, очевидно, считал их присутствие несовместимым с тем фактом, что жертвы были парализованы и не могли двигаться. Разразившись пространной тирадой на эту тему в книге «Еще об осах-охотниках», Фабр наконец подводит итог: «Пока консервированные селедки не начнут резвиться в рассоле, нет смысла более говорить об антисептиках»[95].

Сейчас, больше века спустя, мы наконец можем ответить на некоторые вопросы Дюфура и Фабра.

Как я убедилась, наличие в доме детей-подростков ограничивает возможности для проведения на кухне экспериментов по микробиологии, поскольку подростки поглощают остатки еды куда быстрее, чем микроорганизмы. Но в тех редких случаях, когда я ненадолго остаюсь дома в одиночестве, жизнь спешит мне напомнить, насколько быстро остатки пищи могут превратиться в курорт для условно-патогенных бактерий и грибков. Первые люди научились сохранять пищу, закапывая ее в лед или высушивая на солнце. Сегодня мы ее маринуем, сушим и консервируем, но вдобавок к этому полагаемся на дорогостоящие химикаты и холодильное оборудование. Если наши консерванты не помогают, мы просто выбрасываем продукты с истекшим сроком годности.

Одиночные осы не могут позволить себе такой роскоши: как только они запечатали свою живую кладовую, их потомство оказывается во власти многочисленных подземных микробов, которые одинаково сильно жаждут высосать жизнь и из добычи, и из самой голодной личинки осы. К счастью, жидкости тела одиночных ос насыщены разнообразнейшими антисептическими и противогрибковыми средствами.

У пчелиного волка в запасе большая и разнообразная аптечка, но химические секреты осы спрятаны не в ее яде, а в голове. Все дело в грибковой проблеме пчел. Вот эксперимент, который можно провести дома: поймайте пчелу и жука и (в чисто научных целях) на пару часов положите их в морозильную камеру, обеспечив им быструю и одинаковую эвтаназию. Затем выньте насекомых и закопайте в разные горшки с почвой. Примерно через неделю выкопайте их: вы обнаружите, что пчела превратилась в пушистый клубок разнообразных форм жизни, где от пчелы почти ничего не осталось. Напротив, жук окажется в значительной степени нетронутым. Так происходит, потому что поверхность тела у жука значительно тверже, чем у пчелы, и когда он закопан во влажную почву, грибкам требуется значительно больше времени, чтобы поселиться в нем. Грибки – это ахиллесова пята для личной гигиены перепончатокрылых в целом: грибки и микроорганизмы их любят. Так что охотнице на пчел (особенно если этих пчел она замуровывает вместе со своими любимыми детишками) нужен идеальный план борьбы с микробами, чтобы ее добыча не стала питательной средой для грибков и бактерий. В этом отношении эволюция раздала пчелиным волкам несколько козырей.

Первая хитрость матери – пчелиного волка заключается в том, чтобы соорудить жертве непроницаемую для болезней камеру смерти, забальзамировав добычу в собственной слюне. Оса-мать облизывает свою жертву со всех сторон, прежде чем отложить на нее яйцо. После бальзамирования потомство осы и жертва оказываются заключенными в водоотталкивающую оболочку. Многие насекомые создают подобным образом собственную гидроизоляцию, которая предохраняет от высыхания и болезней. Бальзамирующая жертву гидроизоляция пчелиного волка предотвращает накопление воды с наружной стороны камеры смерти, и это делает ее менее благоприятным местом для роста грибков. Примерно как завернуть ребенка в непромокаемую куртку, чтобы он остался сухим в дождливый день, – обычная родительская забота.

Но самка пчелиного волка – это не обычная родительница. Ее вторая хитрость связана с антибиотиками. Скорее всего, вам случалось принимать такие препараты для борьбы с инфекцией. До открытия антибиотиков даже незначительная царапина могла вызвать заражение крови, которое часто приводило к летальному исходу. Антибиотики – или убийцы бактерий – на самом деле представляют собой биологически активные вторичные метаболиты, которые вырабатываются другими микроорганизмами. Их открытие Александром Флемингом в форме пенициллина в 1928 году стало революционным для борьбы с инфекционными заболеваниями. Флеминг, профессор бактериологии в больнице Святой Марии в Лондоне, случайно обнаружил антибиотические свойства гриба Penicillium chrysogenum после того, как, вернувшись из отпуска, увидел, что на его пластинках со стафилококком (бактерия, вызывающая гнойники, воспаление горла и абсцессы) поселилась плесень. Он обратил внимание на странную зону вокруг расселившейся плесени, где стафилококка не было – словно какое-то силовое поле не давало ему разрастаться дальше.

Силовое поле было создано выделениями грибка Penicillium chrysogenum, который, как выяснилось, оказывает аналогичное воздействие на широкий спектр вредных бактерий, включая Streptococcus, Meningococcus и дифтерийную палочку. Прошло еще 13 лет, и уже другая группа ученых из Оксфордского университета – Ховард Флори, Эрнст Чейн, Норман Хитли и команда «пенициллиновых девочек»[96] – превратила случайное открытие Флеминга в нечто клинически полезное, что в дальнейшем спасло миллионы жизней, особенно во время Второй мировой войны, и сделало его одним из величайших достижений в терапевтической медицине.

В наше время ежегодно производится более 100 000 тонн антибиотиков для использования в сельском хозяйстве, пищевой промышленности и здравоохранении, и теперь мы сталкиваемся с проблемой эволюции бактерий, которые приобретают устойчивость к наиболее распространенным антибиотикам. Мы нередко забываем, что антибиотические продукты микробов и грибков представляют собой естественное явление: живые организмы вырабатывают их наряду с другими полезными биологически активными агентами, такими как противогрибковые, противовирусные соединения и иммунодепрессанты, для борьбы с другими микроорганизмами, с которыми они вступают в контакт. Как и любые другие живые организмы, микроскопические бактерии эволюционируют в ответ на изменения в окружающей среде, чтобы максимально к ней приспособиться. Случайные генетические мутации дают новым штаммам бактерий способность противостоять токсичности антибиотиков. Эти мутантные варианты выживают и превращаются в доминирующий генотип в популяции. Мы бы лучше могли прогнозировать устойчивость бактерий к антибиотикам и контролировать ее, если бы больше понимали экологию и эволюцию антибиотиков.

Пчелиные волки внесли удивительный вклад в наше понимание этого вопроса. Осы-матери вводят своему спеленатому потомству антибиотики из собственных антенн. На самках пчелиного волка живут бактерии Streptomyces, которые под микроскопом выглядят как нити хаотичного длинноворсового ковра. Важно отметить, что именно один из видов рода Streptomyces (Streptomyces griseus) вырабатывает антибиотик стрептомицин – второй по полезности в медицине, открытый после пенициллина в 1942 году. В наше время из Streptomyces получают 80 % лекарственных антибиотиков.

Чему может научить нас пчелиный волк, если говорить об этих микробах, важных с точки зрения медицины? Мама – пчелиный волк выделяет бактерии Streptomyces из отверстий желез между сегментами антенн и оставляет их на стенках кокона своего потомства в виде беловатых масс. Первоначально считалось, что эти отметки служат ориентирами для выводящейся осы, помогая ей найти выход из своей детской. Но их роль гораздо внушительнее: эти полезные бактерии убивают любые грибы внутри кокона. Личинка прилежно размазывает отложенные матерью бактерии по всей детской (как любой малыш). Если личинка окажется самкой, она приютит эти бактерии в качестве пожизненных компаньонов; благодаря этому у нее, как и у ее мамы, будет все необходимое, чтобы уберечь свое потомство от грибков.

Этот хитроумный эволюционный механизм (известный как вертикальная передача) гарантирует, что бактерии остаются тесно связанными со своим хозяином из поколения в поколение. Так продолжалось 68 миллионов лет: эволюция не упускает хорошие инновации. Бактерии также выигрывают – они получают эксклюзивные бактериальные права на собственный дом (выводковую ячейку), где могут вволю размножаться, дальше личинка даром подвозит их до следующего поколения ос, а еще они получают пользу от пчелиного волка в плане питания. У самцов пчелиного волка нет полостей желез, в которых селятся бактерии, поэтому они расстаются с дружественными бактериями матери, когда покидают кокон, превратившись во взрослое насекомое. Это хороший пример того, как эволюция обеспечивает возможности для заботы о новом поколении в зависимости от пола: мамам-осам бактерии нужны, поскольку вся забота о потомстве лежит на них, а папы – это всего лишь летающая сперма: после спаривания их жизнь становится бесполезной, поэтому для самцов развивать такой инструментарий нет смысла.

С момента открытия этой взаимосвязи в 2005 году исследователи обнаружили те же самые коэволюционные взаимосвязи у всех 25 изученных видов Philanthus, но не у близких родственников пчелиных волков (вроде Clypeadon и некоторых Cerceris), которые не охотятся на пчел. Судя по всему, их эволюцию направляли пчелы, лакомые как для ос, так и для грибков. Взаимоотношения между бактериями и насекомыми неоднократно описаны у целого ряда насекомых, но до этого неожиданного открытия у пчелиных волков, единственными перепончатокрылыми, у которых были известны подобные замечательные отношения, оставались суперорганизмы муравьев-листорезов. Скромная одиночная оса постепенно начала завоевывать сцену в качестве модельного организма для понимания экологии и эволюции антибиотиков.

Но и это еще не все секреты аптечки пчелиного волка. Потомство осы не может распространять антибиотики по своей детской, пока не вырастет в личинку, а для этого яйцо должно вначале выжить. Эта стадия уязвима и легко может стать жертвой болезни. Каждый, кто нянчился с человеческими младенцами, знает, что они способны испускать самые ужасные запахи, каких не ожидаешь от такого маленького существа. Яйца пчелиного волка также выделяют в помещение своей детской высокотоксичный летучий газ – оксид азота. Это химическое вещество, используемое для фумигации фруктов от заражения грибками. Газ проникает во все уголки выводковой камеры, где могут прятаться грибки, и убивает их. Но не волнуйтесь, дружественные осам бактерии Streptomyces, очевидно, невосприимчивы к нему.

Оксид азота также конденсируется на поверхности тела пчелы, соединяясь с молекулой кислорода и образуя частицы высококонцентрированного диоксида азота – еще одного противомикробного средства. Из-за бальзамирования количество конденсата очень мало, и это означает, что концентрация вещества в этих капельках крайне высока, что делает их мощнейшим фунгицидом. Волшебное сочетание фумигации и бальзамирования обеспечивает потомству пчелиного волка самую чистую детскую, какая только возможна в природе[97].

Труды Фабра заставили нас окунуться в удивительный мир пчелиного волка, и его кропотливые наблюдения, несомненно, помогли проложить путь к невероятным открытиям в аптечке этого насекомого. Благодаря медицинским познаниям Леон Дюфур опередил свое время, предположив, что осы могут вырабатывать собственные антисептики. Но я думаю, что и Фабр, и Дюфур изумились бы до глубины души, узнав о биологических чудесах одиночного пчелиного волка. Химия для бальзамирования, усики с антибиотиками и токсичные ветры, испускаемые яйцами этого насекомого, поразили даже меня. Это нечто из области научной фантастики, невероятный эволюционный коктейль из химии, бактерий и поведения, скрывающий сложные секреты одного из самых замечательных фармацевтов природы.

Очень хорошо обладать таким жалом, которое может ввести целую бочку химикалий, чтобы задушить добычу. Но, задался вопросом Жан-Анри Фабр, как следует обращаться с жертвой? Как только она поймана, как и куда ее жалить? Вспомните, сколько усилий он приложил, чтобы обнаружить, что пчелиный волк ужалил свою жертву под подбородком, где в панцире был изъян. Фабр был помешан на месте и количестве уколов жалом, полагая, что таким образом ему удастся выяснить, каким образом жертва была погружена в безболезненную вечность живого сна.

Фабр имел все основания считать этот вопрос важным. Обращение с добычей требует усилий; энергия, затраченная на «обработку» определенного вида добычи, должна быть сопоставима с питательной ценностью такой жертвы. Некоторые ученые всю свою карьеру посвящали вопросу, как хищникам удается уравновесить энергетические затраты и выгоды, чтобы обеспечить себе оптимальную стратегию охоты. Выгода, которую приносит добыча, зависит от получаемой энергии в сравнении с затратами на охоту. Обращение с добычей – это лишь часть уравнения; важны также ее поиск и переноска в нужное место (обычно в нору в случае одиночной осы).

Описание того, как расправляются со своей добычей одиночные роющие осы Ammophila, составляло большую часть очерков Фабра об осах. Нужно быть особенно любознательным человеком, чтобы захотеть понять, каким образом осе удается парализовать извивающуюся «драконоподобную тварь» – гусеницу в 15 раз больше ее самой. Фабр не мог детально изучить состав яда, как мы делаем в настоящее время, но мог следить, как самка осы борется со своей жертвой, и наблюдать хореографию первого акта ее долгого танца палача. Он пришел к выводу, что тело гусеницы состоит из 13 сегментов, в каждом из которых есть собственный нервный центр. Вы тоже это знаете: если отрубить гусенице задний сегмент тела (пожалуйста, не надо этого делать) или повредить один из средних сегментов (тоже не рекомендуется), она все равно сможет уползти.

Фабр понял, что такая анатомическая независимость осложняет нашей одиночной осе задачу по превращению своей жертвы в живой труп. С маленькими гусеницами легко справиться одним или двумя уколами, но драконоподобные «озимые черви»[98] (любимый термин Фабра) требуют куда большего мастерства. Прежде чем перенести крупногабаритную жертву в подготовленную для нее нору, наша охотница должна быть уверена, что добыча как следует анестезирована и не начнет метаться, извиваться и пытаться спастись бегством. Однако при этом осе важно не убить жертву. Поскольку нервная система гусеницы разделена на сегменты, одного укола жала окажется недостаточно, чтобы обездвижить такое крупное существо: гусеница будет храбро сражаться, размахивая еще подвластными ей сегментами, продемонстрирует противнику оскаленные жвалы, которыми измельчает листья, и уковыляет прочь, если сможет. Фабр понял, что оса должна ужалить свою жертву несколько раз, чтобы надежно парализовать ее. Примечательно, что оса методично наносит удары жалом во многие (если не во все) сегменты гусеницы.

Вот где действительно может пригодиться элегантная осиная талия. Оса орудует своим жалом с завидной акробатической ловкостью, нанося уколы строго в нужные места вдоль тела гусеницы. Ее хирургическая точность всколыхнула «самое сокровенное существо» Фабра и его спутника, когда они, лежа на животе в подлеске, впервые стали свидетелями этой вивисекции. Он описал их «слезы неописуемого переживания»[99]. Не принимайте их за слезы сочувствия к жертве. Это были слезы ученого, для которого внезапно настал момент истины. Фабр полагал, что обращение одиночной осы с жертвой было последовательностью поведенческих актов, жестко закрепленной как способ, гарантирующий каждому из видов ос наилучшие результаты в «обработке» своей предпочтительной добычи.

Фабр не единственный «заклинатель ос», которого мучил вопрос, как роющие осы Ammophila расправляются со своими жертвами. Джордж и Элизабет Пекхэм были первопроходцами среди натуралистов Соединенных Штатов в начале 1900-х годов, публиковали совместные статьи о биологии и поведении пауков и возглавляли Висконсинское общество естественной истории. Супруги Пекхэм были поклонниками Фабра и последователями Дарвина. Они много времени проводили, в буквальном смысле бегая за осами в своем поместье в Висконсине, и задокументировали результаты в книгах «Инстинкты и повадки одиночных ос» (On the Instincts and Habits of the Solitary Wasps, 1899) и «Осы: одиночные и общественные» (Wasps: Solitary and Social, 1905). Их труды прелестным образом украшены рассказами о наблюдениях (примечательно противоречивых) за роющими осами, за которыми они носились по кукурузным полям, картофельным плантациям и лугам своего родного Среднего Запада. Как лев преследует оленя, как Индиана Джонс гонится за сокровищем, так и супруги Пекхэм невероятно энергично охотились за множеством ос: «Мы бегали, мы бросались на землю, мы ползали на четвереньках в отчаянных попытках держать их в поле зрения, иногда не сводя глаз с самих ос, а иногда и гоняясь за их тенями… и все равно они ускользали от нас».

Я представляю себе картину в лучших голливудских традициях: Элизабет скачет через заборы в длинной юбке с кринолином и панталончиках, за ней по пятам следует Джордж в рубашке и при галстуке, и все это под палящим солнцем Среднего Запада. Они рассказывали, как неделями «жили на бобовой грядке, изнемогая от усталости», и сетовали на то, что основной период охоты у ос совпадает с самым жарким временем суток. На такое упорство их вдохновлял рассказ их героя Жан-Анри Фабра о своей дочери Кларе, «которая следовала за осой Odynerus с непоколебимым рвением, пока ее не свалил солнечный удар».

Детали охоты завладели умами супругов Пекхэм: почему же осы проявляют такое разнообразие в своих охотничьих стратегиях? Натуралистов мучила непредсказуемость поведения разных особей, их отчаянная жажда знания уже граничила с безумием. Общими для супругов Пекхэм и Фабра были лихорадочная страсть и стремление найти ответ на вопрос «как?». Как далеко нужно было улетать осам, чтобы найти добычу? Как и куда оса должна ужалить свою добычу, чтобы быть уверенной, что та успешно парализована? Как осам удавалось доставлять своих огромных жертв домой целиком? От чего зависел успех или неудача осиной охоты? Супруги Пекхэм задавались теми же вопросами, которые поставил бы современный ученый исходя из теории оптимального поиска пищи, и за своими любимыми осами они гонялись с упрямой решимостью вечно торопящегося городского жителя XXI века, перелезая через заборы, ползая по-пластунски через луга и петляя по гигантским зарослям кукурузы, лишь бы не упустить из виду свою осу с ее только что добытой жертвой.

Читая очерки супругов Пекхэм, невозможно не скакать через эти препятствия вместе с ними, когда они увлекают нас в свои безумные приключения. Мы разделяем их тревогу, когда после нескольких часов погони они теряют осу или когда оса по необъяснимой причине бросает свою добычу совсем рядом с домом и улетает. После некоторой передышки – супруги Пекхэм «были очень рады возможности дать отдых усталым глазам и нервам после напряжения, вызванного слежкой за ней», – у них возникает новый замечательный вопрос: почему оса бросила добычу после того, как несла ее так долго? Они следовали за ней более двух часов. Неужели она заблудилась и не нашла свою нору? Конечно же нет, потому что «при каждом возвращении она без всяких колебаний продолжала свое путешествие в одном и том же направлении». Пекхэмы пришли к выводу, что оса «охотилась слишком далеко»: в современной поведенческой экологии это стало бы примером теории оптимального фуражирования – энергетические затраты на доставку добычи к норе сопоставляются с питательной ценностью добычи для ее личинки и оказываются недостаточными. Представление о том, что такие компромиссы могут объяснить поведение животных, появилось в научной литературе лишь в середине XX века, спустя добрых 50 лет после кульбитов супругов Пекхэм.

[93] Приведенные в этом абзаце цитаты, за исключением первой, опущены в русском издании. – Прим. перев.

[94] Последняя фраза опущена в русском издании. – Прим. перев.

[95] Эта фраза опущена в русском издании. – Прим. перев.

[96] Так прозвали команду из шести женщин, которых Говард Флори нанял для «разведения» пенициллина. Их звали Рут Кэллоу, Бетти Кук, Пегги Гарднер, Клэр Инайят, Меган Ланкастер и Патрисия МакКегни. Им платили по 2 фунта в неделю, и в их задачи входили высев и наблюдение за ферментацией.

[97] Strohm E. et al. Nitric oxide radicals are emitted by wasp eggs to kill mold fungi // eLife, 2019, 8. P. 1–35.

[98] Речь идет о крупных гусеницах бабочек-совок. На французском они называются буквально серыми червями (les vers gris). На русский это прозвище было переведено как «озимые черви», вероятно, потому, что порой озимым червем называют гусениц озимых совок, которых наблюдал Фабр. – Прим. науч. ред.

[99] Цитаты в этом абзаце опущены в русском издании. – Прим. перев.