Феномен медоносной пчелы. Биология суперорганизма - Юрген Тауц

скачки в эволюции сложности у живых организмов. Непрерывная линия элементов, которые возникают из копий и продолжают жить как копии (показаны здесь красными кругами), могла существовать без разрывов с начала жизни до настоящего времени. Изначально вечную линию переносили в своих ядрах отдельные клетки, передавая геном от поколения к поколению. Когда эти отдельные клетки собрались вместе в виде организмов, они стали окружать себя все более и более сложными смертными структурами, но линия продолжилась их половыми клетками. Суперорганизмы вроде колоний медоносных пчел возникли из отдельных организмов, у которых лишь способные к размножению матки и трутни были ответственными за продолжение линии половых клеток. У отдельных организмов соматические клетки образуют систему обслуживания; в суперорганизме пчелиной колонии эту роль берут на себя рабочие пчелы. Пустые круги на схеме представляют элементы, которые не способны создавать собственные копии, но развились, чтобы оказывать поддержку тем элементам, которые могут это делать

Медоносные пчелы, однако, могли «случиться» только потому, что они принесли с собой необходимые условия. Предположить появление суперорганизма теоретически – это одно, но найти его фактически – это уже совсем другое. Суперорганизмы, значимость которых достойна внимания, в дикой природе встречаются лишь среди перепончатокрылых (Hymenoptera) (если не считать таксономически обособленных от них термитов) – это муравьи, медоносные пчелы, шмели и осы. Ответ на вопрос о том, какие условия необходимы для появления суперорганизма, дан в главе 9.

В суперорганизме колонии медоносных пчел мы наблюдаем очень сложную систему, но, подобно более простым системам, она является всего лишь носителем для генома. Даже в этой усовершенствованной упаковке геном «преследует» ту же самую цель, что и молекулы в первичном бульоне, а именно: чтобы его распространение было успешнее, чем у конкурента. Конечно же, в действительности молекулы не «преследуют» цель. Но, если наблюдать течение эволюционного процесса, элементы, которые выживают, ведут себя так, как если бы они активно следовали цели многократного копирования самих себя. Это выражение – описание процесса, но мы упрощаем концепцию, используя антропоморфические термины вроде «молекулы борются за…», или «они хотят…», или «их цель…».

Специализированные индивидуумы в суперорганизмах берут на себя функцию передачи генома, точно так же как половые клетки у многоклеточных организмов. Колонии создаются немногими сексуально активными особями, занятыми прямой передачей генов, и множеством индивидуумов, которые не размножаются, но решают важные задачи по содержанию колонии вроде выращивания и контроля качества сексуально активных особей.

Могут ли более сложные структуры действительно достигать чего-то большего, чем отдельные элементы, из которых они построены, как утверждалось выше? И справедливо ли это также и для медоносных пчел? Сложные структуры, благодаря тому что они составлены из элементарных единиц, включают большее количество компонентов, чем более простые, и, следовательно, имеют больше возможностей для взаимодействия компонентов внутри них. По этой причине сложные структуры в некоторых условиях демонстрируют свойства, которые нельзя объяснить свойствами их отдельных элементов: о том, что целое иногда может быть больше, чем простая сумма его частей, знал и писал еще Аристотель. И действительно, на основе потока информации, связывающего всех индивидуумов, колония медоносных пчел как единое целое способна «принимать решения», которые не смогли бы принять отдельно взятые медоносные пчелы. Выгода, которую колония медоносных пчел приобрела путем сбора воедино и слияния различных способностей индивидуумов, подробно изложена в главе 10.

Действительно ли сложная система способна влиять на собственные компоненты и определять их свойства? Это тоже справедливо для колоний медоносных пчел. Характеристики отдельных медоносных пчел определяются условиями жизни, которыми, в свою очередь, управляют сами медоносные пчелы. Главы 6 и 8 подробно раскрывают эти возможности, которые являются важной частью биологии медоносных пчел.

2. Бессмертие по наследству

Биология медоносной пчелы строится вокруг использования энергии и вещества из окружающей среды и их организации таким образом, чтобы гарантировать распространение дочерних колоний высочайшего качества. Эта идея – ключ к пониманию удивительных успехов и качеств медоносных пчел.

Воспроизводство и половое размножение – это два различных и, по сути, независимых процесса. Воспроизводство может происходить без полового размножения, а половое размножение – без воспроизводства. Воспроизводство – это точное копирование. Деление клетки – самый простой способ осуществить копирование. Половое размножение, напротив, основано на слиянии половых клеток двух особей разного пола и приводит к увеличению разнообразия в популяции посредством этих комбинаций. Это разнообразие важно, потому что оно предлагает процессу отбора широкий спектр возможностей для выбора и поддержания процесса эволюции. Мутации в геноме обладают тем же эффектом, но они не могут быть индуцированы и возникают и локализуются случайным образом. Половое размножение не зависит от такого случая, и его результатом гарантированно являются новые варианты при каждом событии оплодотворения.

Как правило, более высокоорганизованные животные сочетают воспроизводство с половым размножением, поэтому независимость процессов полового размножения и воспроизводства может показаться неосуществимым явлением. Однако половое размножение без воспроизводства осуществляется одноклеточными формами жизни: два одноклеточных организма сливаются друг с другом, обмениваются генетическим материалом, а затем разделяются. Результат этого слияния – опять же два одноклеточных организма, так что никакого воспроизводства не произошло, но из-за обмена генетическим материалом возникают генетически новые варианты, и, следовательно, разнообразие в популяции возрастает.

Воспроизводство и половое размножение

Из-за своего необычного воспроизводства и полового размножения колонии медоносных пчел и родственных им безжалых пчел из тропиков занимают особое место в животном мире. Обычно при половом размножении животные спариваются друг с другом, а потомство от этого спаривания, получив соответствующую возможность, также размножается и тем самым дает начало следующему поколению.

Однако у медоносных пчел дела обстоят иначе.

Давайте проведем небольшой мысленный эксперимент: если все бесплодные особи в колонии медоносных пчел внезапно станут невидимыми для наблюдателя, то всем, что было бы видно в целом улье, окажется единственная одинокая самка – матка. Один раз в год эта самка выращивала бы от одной до трех дочерей, каждая из которых спустя год стала бы размножаться таким же образом – либо в старом улье, либо в каком-то новом месте. Каждое лето тысячи самцов пчел, или трутней, появлялись бы на свет и покидали улей, чтобы спариться с молодыми матками из соседних ульев (рис. 2.1).

С этой точки зрения половое поведение и размножение медоносных пчел показались бы ничем не примечательным явлением, если бы не (1) удивительно малое число способных к размножению самок, (2) факт, что эти самки живут много лет, при том что самцы присутствуют лишь на коротком отрезке времени, и (3) существование резко выраженного дисбаланса по количеству самок и самцов. Также примечательно, что последовательные поколения репродуктивных самок