Феномен медоносной пчелы. Биология суперорганизма - Юрген Тауц
Размножение путем образования немногочисленных, но полных и полностью функциональных дочерних колоний имеет драматические последствия для всей жизни медоносных пчел: этот процесс дарит им потенциальное бессмертие и позволяет отпускать в большой мир целые колонии в качестве своих «бессмертных копий».
Однако получающиеся в итоге дочерние колонии не будут оставаться генетическими копиями друг друга. Каждый новый суперорганизм обладает своей собственной генетической структурой. Все отдельные особи в колонии – это дети одной и той же матери. Только те гены, которые несет мать – в ее яйцах или в сперме самцов в ее железе для хранения спермы, – могут присутствовать в детях, образуя генетический профиль колонии. Даже если новые матки были идентичными близнецами, они не смогли бы дать начало колониям с одной и той же генетической структурой, потому что самоубийственное брачное поведение самцов, при котором самец спаривается лишь один раз и далее умирает (см. главу 5), гарантирует, что потомство двух маток никогда не будет одинаковым.
Конечно же, та часть колонии, что осталась после отлета роя, идентична той, которая улетела, потому что все они происходят от одной и той же матери, ныне улетевшей. Ситуация меняется в тот момент, когда начинает откладывать собственные яйца новая молодая матка. Как только все исходные особи умрут, завершится переход к новой генетической структуре. Поэтому колония медоносных пчел, которая занимала одно и то же гнездо в течение продолжительного периода времени, с каждой новой маткой изменит себя, словно генетический хамелеон. Суперорганизм останется тем же самым, но все же уже другим.
В то же самое время первичный рой старой матки сохраняет свою генетическую структуру до тех пор, пока не наступит время заменить матку.
Рис. 2.4 Перед роением рабочие пчелы наполняют свои зобики медом. Новый дом нужно найти и занять до того, как иссякнут эти запасы
Жизненный цикл суперорганизма
Каждое поколение многоклеточных организмов проходит жизненный цикл, состоящий из четырех стадий: цикл начинается с одноклеточной стадии, обычно с оплодотворенной яйцеклетки. За ней следует вторая стадия – рост и развитие. Третья стадия начинается с момента достижения половой зрелости. Последняя стадия, часто совпадающая с третьей, представляет собой период воспроизводства. Эти четыре стадии составляют отдельное поколение. Время, необходимое для появления последующих поколений внутри вида животных, может меняться, потому что индивидуальные стадии развития зависят от окружающей среды. Времена года и связанные с ними климатические условия, оказывающие прямое и косвенное влияние, являются значительным фактором, определяющим время поколения.
Индивидуальное время поколения маток медоносной пчелы, начинающееся с эмбрионального развития яйца и продолжающееся до спаривания, составляет, самое большее, один месяц. Но это не означает, что новое поколение пчел-маток появляется через каждые четыре недели, потому что их время поколения усложнено, оно разделяется на чередующиеся стадии разной продолжительности: начальная стадия длиной в один месяц и вторая стадия, длительность которой составляет почти год. Один месяц – это фактическое время поколения от кладки яйца, предназначенного стать новой маткой, до успешного спаривания новой матки. Вторая стадия времени поколения, длящаяся почти год, продолжается до тех пор, пока эта матка не откладывает яйцо, которое станет новой маткой, дающей начало следующему поколению. Таким способом складывается ритм, при котором последовательные поколения маток разделены отрезками различной продолжительности.
Эта чередующаяся последовательность времен поколения – стратегия, возможная только у суперорганизмов: матка непрерывно производит яйца, которые развиваются в самок. Они остаются бесплодными. Способные к размножению самки выращиваются лишь при необходимости в них – для этого рабочие пчелы выкармливают особой пищей личинок, живущих в маточных ячейках. Рабочие пчелы могут вырастить способных к размножению новых особей почти в любое время (за исключением нескольких недель зимой), потому что в улье всегда присутствуют личинки. Обычно новых маток выращивают раз в год, и после быстрого развития от яйца до спаривания они будут откладывать яйца на протяжении всего долгого лета.
Рис. 2.5 Роящиеся пчелы буквально «вытекают» из своего гнезда
Таким образом, рабочие пчелы колонии определяют динамику последовательных поколений, активно управляя их временным ритмом и растягивая физиологически короткое время поколения маток в годичный ритм. Эта манипуляция позволяет медоносным пчелам объединить время поколения способных к размножению животных с ритмом разделения и обособления колоний в ходе роения. Разделение колонии медоносной пчелы на дочерние колонии происходит на уровне целой колонии, и это ведет к образованию иного и более простого жизненного цикла, чем наблюдается у отдельных организмов. Колония минует стадию единственной клетки и не показывает истинной стадии роста. Лишь размер колонии подвергается изменениям, связанным с увеличением или уменьшением численности индивидов по временам года: рост численности весной, снижение (самое сильное) в процессе роения ранним летом и массовая гибель особей зимой. В принципе колония способна делиться почти все время. Однако прежде чем этот шаг может быть предпринят, должны быть сделаны кое-какие приготовления.
Почему многие другие многоклеточные животные не пошли по такому пути? Почему они просто не делятся, подобно тому как это делают одноклеточные организмы?
Рис. 2.6 Рой прививается рядом со старым гнездом и выпускает разведчиков на поиски нового дома
Развитие и дифференциация элементов в многоклеточном организме, начинающиеся со стадии единственной клетки, являются дорогостоящим и сложным процессом. Достижение бессмертия посредством простого разделения поровну их высокоспециализированных индивидуальных клеточных компонентов не тождественно разделению между, по сути, подобными и физически обособленными пчелами в улье. Природа не породила делящихся и бессмертных кошек, чтобы избежать сложного полового размножения, потому что это было бы слишком трудно осуществить чисто технически.
Генетика дает нам объяснение общего предпочтения жизненного цикла из четырех стадий. Как мы уже объяснили, воспроизводство, связанное с половым процессом, увеличивает разнообразие в популяции – это важное условие для эволюции, выявленное Дарвином. Тем не менее половое размножение и специализация к размножению немногих клеток тела у многоклеточных организмов несут тем самым смерть всем другим клеткам тела. Разделение труда между половыми клетками и клетками тела, которое мы видим у многоклеточных организмов, привнесло в стадии жизни закон смерти не из-за случайности или неудачи, а как запрограммированный общий закон (см. рис. 1.1).
На этом сложном эволюционном ландшафте медоносные пчелы нашли идеальный путь для себя. Они получили одно преимущество, не теряя при этом другого, воспроизводя целую колонию путем простого деления (роения) и одновременно выращивая способных к размножению особей, у которых время жизни поколения синхронизировано с циклом этого
