Планета муравьёв: читать книгу онлайн полностью и бесплатно

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.

Муравьи – гении обоняния. Собаки также обладают почти неограниченной способностью к обнаружению запахов, но муравьи научились не только различать, но и использовать запахи. Они строят на запахах целые цивилизации, а муравьиный мозг генетически запрограммирован на их распознавание. Будучи в сравнении с ними ольфакторными профанами, мы, люди, предпочитаем общаться посредством звуковых и зрительных сигналов – слов – с произвольным значением, которые можно соединять в предложения почти с бесконечным числом потенциальных смыслов.

Но муравьи тоже могут комбинировать феромоны с другими запахами, создавая своего рода «протопредложения». Сталкиваясь с огненными муравьями в ходе сбора еды, фуражир бежит в родное гнездо, распыляя феромон тревоги, что эквивалентно крику: «Опасность!» Прибегая в гнездо, он дает товарищам ощутить запах врага, оставшийся на его теле после недавней стычки. Затем он разворачивается и бежит обратно по своему феромоновому следу, который только что проложил, с призывом: «Следуйте за мной!» Кто знает, возможно, вступая в бой, муравьи выбрасывают в воздух воинственный феромон, подобный боевому кличу человеческих армий: «В бой за родное гнездо! Умрем за нашу царицу!»

Могли ли муравьи за 150 млн лет своей эволюции развить настоящий язык? Могли ли они научиться генерировать феромоновые импульсы, меняющиеся по частоте и амплитуде и позволяющие создавать «слова», что так хорошо удается нам при помощи звука? Как показывают модели на основе математической физики, это возможно, но крайне маловероятно. Природа запаха принципиально отличается от природы звука. Обмениваться информацией посредством феромоновых импульсов – разговаривать запахами – возможно лишь при условии, что их источник и приемник расположены на расстоянии всего нескольких миллиметров друг от друга, не больше.

Муравьи и другие беспозвоночные животные слишком малы, а их мозги слишком просто устроены, чтобы выйти за пределы возможностей той ограниченной коммуникативной системы, которой они обладают. Тем не менее общественные насекомые в целом и муравьи в частности среди многих тысяч ныне живущих видов достигли в химической коммуникации практически всех возможных высот, которые мы только можем себе представить.

13

Муравей вездесущий

Самое неблагоприятное для жизни место в континентальной части США, с которым соперничать может разве что Долина Смерти в июле, – это вершина горы Вашингтон в зимние месяцы. Самый высокий пик на северо-востоке США высотой 1917 м входит в состав Президентского хребта в Нью-Гэмпшире. Он известен своей изменчивой погодой на протяжении года, а зимой здесь и вовсе устанавливаются арктические температуры с ураганными ветрами.

Я дважды отправлялся на эту гору, чтобы посмотреть, нет ли там муравьев. Дело, конечно, было не зимой, а в теплые дни в середине лета. И, разумеется, я их нашел. Муравьиные семьи жили в основном под плоскими камнями на открытом месте, согретом скудными лучами солнца. Во время этих поездок я обнаружил на склонах горы Вашингтон три вида: Camponotus herculeanus, Formica neorufibarbis и Leptothorax muscorum, чьи ареалы, как известно, простираются до самого полярного круга.

Пару лет спустя, также в середине лета, прилетев на конференцию в Сан-Вэлли (штат Айдахо), мы с коллегами поднялись на лыжном подъемнике почти на самую вершину горы, выше границы леса. Природные условия там напоминали арктические, а растительность была представлена травяным покровом с редкими карликовыми деревцами. В результате тщательного поиска с переворачиванием нагретых на солнце камней и внимательным обследованием стволов низкорослых деревьев наша экспедиционная группа обнаружила только один вид холодостойких муравьев – Camponotus herculeanus.

Примерно в то же время я получил письмо от знакомого натуралиста, который написал, что следующим летом планирует с товарищем экспедицию на Лабрадор. «Поискать там для вас муравьев?» – спрашивал он. Я с благодарностью принял его предложение. Позже он сообщил, что наткнулся на острове всего на одну семью муравьев, которая гнездилась у подножия низкорослого дерева. Неудивительно, что это оказался один из тех трех видов, а именно Formica neorufibarbis.

За последние 100 000 лет человечество расселилось по всей планете, проникнув даже в самые отдаленные ее уголки. При этом мы не только поселились бок о бок с тысячами видов муравьев, которые обосновались в местных природных экосистемах задолго до нас, но и ненамеренно распространили сотни их видов по всему миру на наших кораблях и в грузах. Дело в том, что при всей их уникальной вездесущности океан остается единственной преградой, которую муравьи не могут преодолеть самостоятельно. Наглядное доказательство тому – почти полное отсутствие эндемичных видов на Галапагосских островах. В этом они разительно отличаются от птиц и рептилий, успешно колонизировавших архипелаг и попавших туда в большинстве случаев с побережья Южной Америки.

Классическим примером того, что происходит с видами на островах, являются дарвиновы вьюрки. Все началось с того, что группа или даже одна пара вьюрков сумела долететь (а может, была занесена штормовым ветром) на один из Галапагосских островов, выжила здесь и размножилась. Со временем вид-первопроходец разделился на два или более вида; те, в свою очередь, – на еще большее количество видов, каждый из которых адаптировался к своей специализированной экологической нише. Так в результате процесса, известного как адаптивная радиация, один предковый вид породил целую группу видов, которых и обнаружили Дарвин и другие натуралисты после него: вид с клювом, приспособленным для ловли насекомых; виды с клювами различной величины, толщины и формы, предназначенными для поедания семян разной твердости; и, самый знаменитый из всех, дятловый вьюрок, использующий орудия для добычи пищи (эти птицы отламывают веточки и шипы и с их помощью выковыривают насекомых из древесины). Что касается рептилий, то один вид адаптировался к привычному существованию на суше, а другой научился нырять и питаться растениями на морском дне.

Но муравьи не стали участниками этой впечатляющей эволюционной драмы. Когда меня самого занесло на Галапагосские острова (в качестве научного консультанта правительства Эквадора), я встретил там множество муравьев, но все они были инвазивными видами, уроженцами Африки, тропической Азии или континентальной Америки, завезенными на остров людьми.

Насколько мне известно, на Галапагосских островах есть всего один местный вид муравьев: муравей-древоточец Camponotus williamsi, названный в честь его первооткрывателя. Этот муравей, по-видимому, эволюционировал на островах, но не разделился на разные виды.