Планета муравьёв: читать книгу онлайн полностью и бесплатно

Эусоциальность возникала по меньшей мере 17 раз за всю историю жизни на Земле. Три таких случая обнаружены у креветок семейства Alphaeidae, так называемых раков-щелкунов или креветок-пистолетов, которые роют гнезда в крупных живых губках на морских мелководьях. Две другие независимые линии с эусоциальными семьями найдены у современных общественных «бумажных» ос. Еще две – у жуков-короедов и две – у африканских голых землекопов. Остальные линии с эусоциальными группами обнаружены у современных трипсов, тлей, пчел-аллодапин и пчел-авгохлорин. Наконец, к эусоциальным вполне можно отнести и человеческий вид с присущими ему крайними формами специализации труда, наличием профессиональных армий, пожизненных служителей религиозных культов, соблюдающих целибат, а также традиций вверять воспитание внуков бабушкам.

Сколько муравьев сегодня живет на нашей планете? По самым приблизительным оценкам, 10¹⁶ (10 квадриллионов), что примерно в миллион раз больше, чем живущих на Земле людей, да и то если округлить их число до 10¹⁰. А поскольку типичный муравей весит от 1 до 10 мг (что составляет примерно одну миллионную долю от веса человека), то в своей несметной совокупности эти мелкие крохи весят примерно столько же, сколько и все живые люди на Земле, вместе взятые.

Но ни антропологам, ни энтомологам не следует придавать слишком большого значения этому приблизительному равенству биомасс между муравьями и людьми. Если представить, что всех людей (7,5 млрд) можно уложить, подобно бревнам, в один большой штабель, то все человечество займет объем около 4 куб. км – т. е. его вполне можно спрятать в какой-нибудь отдаленной части Большого каньона.

На протяжении вот уже более чем 100 млн лет муравьи играют важную роль в формировании того природного мира, в котором мы сегодня живем. Они делают это благодаря своей сложной общественной организации, почти полностью управляя ею при помощи вкусов и запахов – или, иначе, хемосенсорной системы коммуникации. Сегодня ученые пытаются расшифровать «Розеттский камень» муравьиного языка, идентифицируя химические сигналы, передаваемые от муравья к муравью, и учась «разговаривать» с муравьями с помощью их химического словаря.

Роль феромонов в жизни муравьев становится очевидна даже при случайном контакте с семьями этих насекомых. Вы можете провести простой эксперимент сами. Найдите муравьиную семью. Если вы живете в частном доме, попробуйте поискать у себя на кухне. Если нет, выйдите на улицу в теплый день и поищите их гнезда на голых участках почвы или под большим камнем. Теперь капните немного сахарного сиропа недалеко от гнезда и подождите, когда эту каплю обнаружит один из рыскающих в округе разведчиков. Обнаружив лакомство, разведчик обычно выпивает его, сколько может, и бежит к гнезду, как правило, по кратчайшему пути (он точно знает, где находится гнездо, даже если вы его не видите). Прибежав в гнездо, он срыгивает немного сахарного сиропа, давая его попробовать нескольким рабочим муравьям, и возвращается обратно. Его товарищи бегут вслед за ним: при этом они точно следуют по его пути, повторяя все изгибы и повороты. Очевидно, что разведчик проложил для них маршрут – «химическую тропу». Срыгивая часть сахарного сиропа и дополняя его феромоновым следом, он как бы кричит: «Я нашел еду! Я принес еду! Следуйте по моему следу, и вы найдете больше еды!»

Другой важный набор феромонов обеспечивает целостность и безопасность семьи. Чтобы увидеть, как это работает, осторожно схватите рабочего муравья у входа в муравейник и поместите его в банку. Подождав, когда он успокоится, верните его на место. Похищенный будет немного возбужден, но его сородичи почти не обратят на это внимания. Теперь поймайте еще одного муравья, но на этот раз перенесите его в другое гнездо. Вы увидите, что местные муравьи яростно набросятся на него, потому что его тело будет сигнализировать им: «Не наш запах! Это чужак! Чужак!»

Муравьям достаточно прикоснуться к другому муравью кончиками своих антенн (усиков), усеянными детекторами запаха, чтобы мгновенно распознать чужака. Дело в том, что маслянистая субстанция на теле каждого муравья содержит уникальную комбинацию химических веществ, характерную только для его родной семьи. Особей с другой комбинацией запахов немедленно атакуют, убивают или выгоняют из гнезда.

Запах отдельного муравья, смесь пахучих веществ в маслянистом покрытии его тела, можно сравнить с человеческим лицом или с военной униформой со знаками различия. Он позволяет другим муравьям с первого взгляда или, точнее говоря, с первого «нюха» определить, является ли этот муравей членом их семьи или нет, а также его пол, касту, примерный возраст и задачу, которую он выполняет в данный момент.

Бóльшая часть этой информации должна быть обработана за секунды и с безошибочной точностью, чтобы вызвать соответствующую реакцию. Точность несметного множества таких реакций – необходимое условие для выживания семьи, численность которой может составлять от менее сотни до более миллиона особей.

Понаблюдайте за перемещением рабочих муравьев: одни бегут в одном направлении, другие – в противоположном. Когда они встречаются, то без всяких колебаний останавливаются на долю секунды, соприкасаются головами, после чего продолжают свой путь дальше с той же скоростью, что и прежде. Замедленное воспроизведение видеозаписи позволяет увидеть, что происходит во время этих коротких встреч. Когда муравьи бегут по химическим тропам, проложенным разведчиками, они водят своими усиками из стороны в сторону. Первый сегмент усика называется скапусом или ножкой; он длинный, голый и функционирует как рукоятка, которая удерживает и обеспечивает подвижность второго сегмента, состоящего из нескольких коротких члеников, который называется жгутиком.

Жгутик – это «нос» муравья. Он покрыт густым слоем тончайших волосков, выступов и пластин, которые специализируются на распознавании различных химических веществ и передают в мозг нервные сигналы об их химической идентичности и количестве. На основе этой сенсорной информации, а также руководствуясь инстинктами и учитывая конкретные обстоятельства, муравей быстро и уверенно выбирает нужное действие.

Мы до сих пор плохо понимаем, как работают сенсорные рецепторы муравьев. Наши знания ограничиваются в основном тем, что мы можем увидеть и услышать. Современные методы визуализации позволяют обнаружить на поверхности даже крошечной части жгутика поразительное количество и разнообразие мини-структур. Конечно, было бы интересно узнать все детали того, как функционирует каждая такая структура или как эти структуры распознают едва уловимые химические соединения, а также как нервные клетки довольно скромного муравьиного мозга обрабатывают эту информацию и выдают ответ, но все же я могу с удовлетворением отметить, что я был одним из первых, кто начал взламывать феромоновый код муравьиной коммуникации.

11

Как мы взломали феромоновый код

Понять муравьиный мир и научиться общаться с его обитателями на одном языке, на мой взгляд, так же важно, как если бы они были людьми другой культуры или даже пришельцами с другой планеты. Не думаю, что нам стоит их игнорировать. В конце концов, они – наши соседи по планете, причем куда более многочисленные: на 7,5 млрд человек приходится около 10 квадриллионов (10¹⁶) живых муравьев. И они в 10 раз древнее нас, так как начали жить на Земле 150 млн лет назад, еще в эпоху рептилий^[6].

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.