Читаем без скачивания Хозяева Земли - Эдвард Уилсон

Конкретные примеры такой адаптации и основанного на ней перехода к эусоциальности мы находим у примитивных эусоциальных пчел-галиктид (семейство Halictidae) и ос-полистин (подсемейство Polistinae). Недавно в одном исключительно любопытном исследовании было показано, что два вида галиктид «вернулись» к одиночному образу жизни, после того как перестали без разбора собирать пыльцу многих растений и стали питаться пыльцой лишь некоторых видов. Такому поведению нашлось достаточно очевидное объяснение. Пищевая специализация обычно появляется тогда, когда дает преимущество перед конкурентами, которые тоже питаются на растениях. Такая специализация (надо полагать, генетически обусловленная) укорачивает сезон сбора пыльцы и исключает возможность перекрывания поколений. Соответственно, сводятся на нет как шансы на образование общественной колонии, так и преимущества от присутствия охраняющих гнездо пчел.

Нетрудно представить себе и обратный процесс, и он практически наверняка действительно имел место. Большое количество кормовых растений предрасполагает к появлению многих поколений в течение сезона. Это повышает вероятность того, что они будут находиться в гнезде одновременно. Сходные данные были получены и в отношении примитивных общественных ос. Если образование групп более выгодно, чем расселение, один-единственный аллель, предписывающий дочерним особям оставаться в гнезде, может закрепиться во всей популяции. Когда это происходит, матка переходит от производства способных к расселению дочерних особей к производству роботов-помощников. Это предписание не безоговорочно: в сезон спаривания часть женского потомства «воспитывается» как будущие матки, запрограммированные на то, чтобы расселиться и дать начало новым колониям.

Заключительный шаг к общественному образу жизни, а именно приобретение одного или нескольких аллелей, заглушающих программу расселения, — вполне реальная возможность. Например, при всем разнообразии современных муравьев, сосуществование крылатых репродуктивных самок и бескрылых самок-рабочих — широко распространенная черта их колоний. Судя по двукрылым (комарам и мухам) и чешуекрылым (бабочкам) — очень древним отрядам насекомых, — развитие крыльев у крылатых насекомых осуществляется под контролем стабильной сети регуляторных генов. Однако уже очень давно, 150 млн лет назад, у первых муравьев (или их непосредственных предков) регуляция развития крыльев изменилась: стало возможным «отключение» некоторых генов под действием определенного питания или другого фактора. Так появилась каста бескрылых рабочих особей.

Столь же поучительный пример того, как небольшое генетическое изменение влечет за собой масштабные перемены, касающиеся общественного образа жизни, — число маток и территориальное поведение красного огненного муравья Solenopsis invicta. Этот инвазивный вид был завезен в США из Южной Америки в середине 1930-х гг. Поначалу в колониях этого вида была лишь одна функционирующая матка или лишь немногим больше. Эти муравьи проявляли четкое территориальное поведение, основанное на запахе, и гнезда разных колоний всегда находились далеко друг от друга. Где-то в 1970-х гг. эта линия огненных муравьев стала сдавать позиции другой. «Новые» муравьи больше не защищали свою территорию, и в каждой колонии было много маток. Оказалось, что разница между линиями связана с изменчивостью лишь одного основного гена — Gp-9. Расшифровав последовательности двух аллелей этого гена, исследователи установили, что их продукт — ключевой молекулярный компонент, отвечающий за узнавание запаха товарищей по гнезду. Носители аллеля «множественных самок», по-видимому, почти или совсем не могут отличать «своих» от «чужих»; не могут они и узнавать потенциальных яйцекладущих самок. В результате утрачивается важный способ регуляции числа маток, что коренным образом влияет на организацию колонии.

В отличие от ситуации с бескрылостью и запахом колонии, мы пока что не знаем, какое именно генетическое изменение приводит к ранней стадии эусоциальности, однако это вполне может стать предметом будущих исследований. Было высказано предположение, что генетическая основа формирования каст — рабочих и цариц — у бумажных ос рода Polistes совпадает с генетическими механизмами, регулирующими физиологию зимней спячки у одиночных перепончатокрылых. Действительно, реакция на экологические факторы может играть важную роль. И вот что интересно: ответственный за изменение аллель или ансамбль аллелей вовсе не обязан, появившись в результате мутации, распространяться за счет группового отбора. Возможна ситуация, когда ключевой аллель закрепляется в популяции под действием непосредственного индивидуального отбора, — одиночное поведение является нормой, а общественное поведение проявляется при необычных, редких, экстремальных условиях. Однако в ответ на соответствующее пространственное или временное изменение окружающей среды такое поведение может стать нормой. Такая потенциальная возможность хорошо видна на примере японской пчелы Ceratina flavipes (подсемейство Xylocopinae), строящей гнезда в стеблях растений. Большинство самок запасают пыльцу и нектар поодиночке, но очень редко (чуть более чем в 0,1 % гнезд) две пчелы сотрудничают между собой. В таком случае между ними возникает разделение труда: одна откладывает яйца и охраняет вход в гнездо, а другая ищет и приносит пищу.

Рис. 16–1. Гнездо примитивной общественной тайваньской пчелы Braunsapis sauteriella в полом стебле кустарника лантаны. Вверху слева — матка, откладывающая гигантские яйца. Рабочие пчелы кормят личинок комочками пыльцы, прикрепленными к внутренним стенкам стебля; по мере того как личинки съедают запасы, рабочие приносят новые порции (постепенное провиантирование). (Источник: Edward О. Wilson, The Insect Societies [Cambridge, MA: Harvard University Press, 1971]. Рисунок: Sarah Landry на основе иллюстрации Kunio Iwata в Sakagami, 1960.)

Еще один пример генетической гибкости на ранних стадиях эусоциальности — галиктида Halictus sexcinctus. Эта пчела балансирует на грани общественной эволюции. На юге Греции колонии одной наследственной линии этих пчел основаны сотрудничающими самками, а колонии другой линии — одной территориальной самкой, потомство которой становится рабочими особями.

Индивидуальный отбор может вносить некоторый вклад в происхождение эусоциальности, однако сохранение и развитие этого образа жизни происходит за счет группового отбора, основанного на условиях окружающей среды и действующего на признаки группы как целого. К числу таких признаков, как показывает изучение самых примитивных общественных муравьев, пчел и ос, относится поведение, связанное с доминированием, а также репродуктивное разделение труда и, вероятно, какие-то основанные на феромонах способы подачи и восприятия сигналов тревоги. Вид на ранних стадиях эусоциальности — генетический монстр; я уже говорил об этом и сейчас подчеркиваю еще раз. С одной стороны, новые «общественные» признаки поставлены на службу группе, с другой — большая часть генома, на которую много миллионов лет до появления эусоциальности действовал непосредственный индивидуальный отбор, благоприятствует расселению и размножению отдельной особи. Чтобы групповой отбор намертво сковал членов группы одной цепью, возобладав над разлагающим влиянием индивидуального, до финиша (эусоциальности) должна оставаться лишь очень короткая эволюционная дистанция. Короткой она бывает, если у вида есть определенный набор преадаптаций, включая строительство гнезда для выведения потомства. Относительная редкость таких преадаптаций в сочетании с высоким барьером, которую ставит на пути к эусоциальности индивидуальный отбор, — возможно, вполне достаточное объяснение загадки редкого возникновения эусоциальности в истории жизни на Земле.

Для перехода к общественному образу жизни нужно лишь одно генетическое изменение — наличие у самки-основательницы аллеля, «привязывающего» к гнезду как саму самку, так и ее потомство. Преадаптации предоставляют необходимую для развития эусоциальности анатомическую и поведенческую «гибкость»; появляются также новые признаки, связанные с взаимодействием членов группы. На все это тут же начинает действовать групповой отбор (т. е. отбор на уровне колонии). Таким образом складываются предпосылки к крайнему усложнению общественной организации, которое неоднократно возникало у муравьев, пчел и термитов.

Предполагается, что на ранних стадиях эусоциальности остающееся в гнезде потомство примет на себя роль рабочих особей в соответствии с унаследованным основным поведенческим правилом. Впоследствии может появиться и морфологически обособленная каста рабочих особей. Это может произойти за счет «изменения маршрута» экспрессии генов: экспрессия генов заботы о потомстве происходит раньше, чем экспрессия генов, отвечающих за фуражирование. Таким образом, «нормальное» направление общего плана развития взрослых особей меняется на обратное. При этом изменение маршрута запрограммировано так, чтобы фенотипическая пластичность аллелей, предписывающих общий план развития, отчасти сохранилась. Появление анатомически обособленной касты рабочих, по-видимому, является переломным моментом эволюции эусоциальности, так сказать, «точкой невозврата». Если бы матка умела говорить, она бы обратилась к ним на языке феромонов: «Мы будем стоять до конца на всех шести ногах и либо вместе победим, либо вместе же и погибнем». Баланс и сотрудничество необходимы для колонии. Если будет слишком много маток, не хватит рабочих для обслуживания гнезда. Слишком многочисленные рабочие истощат ресурсы вокруг гнезда. Мало солдат — и гнездо погибнет под натиском хищников. Мало фуражиров — и колония умрет от голода.