Феномен медоносной пчелы. Биология суперорганизма

Юрген Тауц, 2007

Почему ученые называют пчелиную колонию млекопитающим во множестве тел? В чем секрет исключительных успехов и превосходных качеств медоносных пчел – «самых домашних» из всех насекомых? Что обусловило их уникальность и важность для поддержания биологического разнообразия в природе? В переведенной на десять языков книге ведущего немецкого этолога и социобиолога Юргена Тауца раскрываются эти и многие другие тайны жизни как отдельных пчел, так и целого суперорганизма пчелиной колонии, основанного на сложном взаимодействии физических, химических и биологических процессов. Шаг за шагом автор исследует глубины пчелиной природы, а потрясающие фотографии придают изданию особое эстетическое очарование. «Для современного человека пчелы – не только важнейшие помощники в сельском хозяйстве, но и индикаторы состояния окружающей среды и свидетельство ненарушенной связи между человечеством и природой… Чем глубже мы способны проникнуть в скрытую жизнь медоносных пчел, тем сильнее оказываются наше удивление и наше стремление исследовать этот необычайный мир. Если после прочтения этой книги читатель понаблюдает за пчелой чуть дольше обычного и, возможно, припомнит тот или иной замечательный аспект ее жизни, это означает, что мы достигли многого». (Юрген Тауц, Хельга Р. Хайльманн)

Пролог

Пчелиная колония — млекопитающее во множестве тел

Особенности, которые стали причиной господства млекопитающих, можно обнаружить в сходной комбинации в суперорганизме пчелиной колонии.

В соответствии со всеми обычными критериями медоносные пчелы представляют собой насекомых — в этом нет сомнений. И это было так со времени их появления в своем нынешнем виде примерно 30 млн лет назад. Однако в XIX веке, после замечательного сравнения, сделанного пчеловодом и мебельщиком Йоханнесом Мерингом (1815–1878), им был присвоен «статус» позвоночных. Согласно Мерингу, пчелиная колония — это единое «существо», эквивалентное позвоночному животному. Рабочие пчелы представляют собой органы тела, необходимые для поддержания жизни и пищеварения, тогда как матка и трутни — женские и мужские половые органы.

Концепция приравнивания целой колонии пчел к отдельному животному привела к появлению термина bien, означающего «интерпретация индивидуума как органа». Пчелиная колония рассматривалась как неделимое целое, как единый интегрированный живой организм. Основываясь на своей работе с муравьями, американский биолог Уильям Мортон Уилер (1865–1937) в 1911 году ввел в обращение для этого особого типа живых форм термин «суперорганизм» (происхождение: лат. super — над; греч. organon — инструмент).

Здесь я хотел бы выжать все возможное из проницательного и фундаментального замечания о концепции пчелиной колонии, сделанного старым пчеловодом, и высказать мысль о том, что колония медоносных пчел эквивалентна не просто позвоночному, но фактически млекопитающему, потому что обладает многими из признаков млекопитающих. Это может показаться довольно надуманным, но лишь в том случае, если уделять основное внимание филогении медоносных пчел, а не контексту тех функциональных эволюционных особенностей, которые сделали господствующей форму, появившуюся позже других в процессе эволюции позвоночных — млекопитающих^[2].

Рис. 1 Каждый год пчелиные колонии выращивают всего лишь нескольких маток. Новые матки развиваются в этих специально построенных ячейках-маточниках в форме наперстка

Используя четкий набор критериев и оригинальных особенностей, можно отделить млекопитающих от прочих позвоночных и напрямую сравнить с пчелами.

• У млекопитающих очень низкий темп воспроизводства, так же как у медоносных пчел (рис. 1; подробнее см. главы 2, 5).

• Самки млекопитающих производят питание (молоко) для своего потомства в специальных железах; самки медоносных пчел также производят питание (маточное молочко) для потомства в специальных железах (рис. 2; подробнее см. главу 6).

• Матка у млекопитающих предоставляет развивающемуся потомству точно контролируемую и защищающую его среду, независимую от изменчивых факторов внешнего мира; медоносные пчелы обеспечивают развивающийся расплод такой же защитой — «общественной маткой» расплодных сотов в гнезде (рис. 3; подробнее см. главы 7, 8).

Рис. 2 Пчелиные личинки живут в раю. Они плавают на поверхности питательного молочка, выделяемого пчелами-няньками

• Млекопитающие обладают температурой тела около 36 °C; медоносные пчелы поддерживают температуру расплодных сотов, в которых находятся куколки, примерно 35 °C (рис. 4; подробнее см. главу 8).

• Млекопитающие с их крупным мозгом обладают самыми высокими способностями к обучению и познанию среди всех позвоночных; медоносные пчелы обладают высокоразвитой способностью к обучению и познавательными способностями, затмевающими таковые у некоторых позвоночных (рис. 5; подробнее см. главы 4, 8).

Значительный интерес для биологов представляет то обстоятельство, что этот список новых и фундаментальных приобретений, характеризующих млекопитающих, включая нас самих, обнаружен также у колонии медоносных пчел.

Представление о колониях медоносных пчел как о «почетных млекопитающих» — или, лучше сказать, что они выработали те же оригинальные стратегии, что и млекопитающие, — предполагает, что в основе этого явления лежит нечто большее, чем простое поверхностное сходство. И это действительно так.

Рис. 3 Микроклимат расплодного гнезда с точностью контролируется взрослыми пчелами

Чтобы получить больше информации об этом явлении, то есть выйти за рамки простого связывания удивительных аналогий, необходимо задаться вопросом, почему эти признаки являются для них общими. В этом отношении, я полагаю, полезно поискать важные «проблемы», для которых животные «нашли» одинаковые решения.

Изначально мы можем спросить себя: «Мы можем видеть решение, а что же было проблемой? Мы знаем ответ, но каков был вопрос?»

Группа организмов, которая предпринимает эволюционный шаг вперед, может получить преимущество перед конкурентами в зависимости от того, насколько сильное влияние на ее собственное существование оказывает случайная природа окружающей среды. Факторы окружающей среды изменяются непредсказуемым образом. Если они оказывают влияние на широкий спектр признаков в популяции, то эти признаки приобретают «значение», потому что они будут определять репродуктивный успех популяции. Лучше приспособленные организмы процветают, не так хорошо приспособленные — исчезают. Это суть теории Чарльза Дарвина (1809–1882), касающаяся механизма эволюции.

Поэтому, в силу непредсказуемости направления или интенсивности изменений окружающей среды, для организма было бы благоразумным шагом производить как можно больше как можно более разнообразного потомства, чтобы подготовиться к огромному количеству вероятных, но неизвестных сценариев будущего.

Когда с течением эволюционного процесса организмы приспосабливаются к параметрам окружающей среды и даже могут управлять существенным числом их и, таким образом, более или менее освобождают себя от диктата окружающей среды, они могут позволить себе воспользоваться этим и производить меньше потомства. В эту особую категорию живых существ входят обе группы — и млекопитающие, и медоносные пчелы.

Независимость от нестабильных источников энергии и меняющегося качества питания за счет самостоятельного производства пищи, безопасность посредством постройки защищенного жилого пространства и независимость от влияния погоды способом контроля климата в месте обитания — явные преимущества по сравнению с организмами, которым такие возможности не доступны.

Все эти качества «как у млекопитающих» гарантируют млекопитающим, а также медоносным пчелам значительную независимость от преобладающих условий окружающей среды. Это достигается благодаря существованию сложной социальной и поведенческой организации, обеспечивающей эффективное применение доступных материалов и энергии (см. главу 10). Как следствие этих условий жизни, контролируемых оптимальным образом, можно выбрать сниженный темп воспроизводства. Организмы с низкими темпами воспроизводства, проявляющие высокую степень конкурентоспособности, достигают стабильного размера популяции благодаря тому, что оставляют немногочисленное потомство в пределах возможностей, предлагаемых местообитанием. Однако если бы условия окружающей среды изменились, у них было бы очень мало возможностей приспособиться к этой ситуации из-за ограниченного количества потомства, если только они уже не держат под контролем критически важный параметр окружающей среды путем обустройства части своей экологической ниши под себя, чтобы гарантировать собственное выживание в трудные времена.

Рис. 4 Пчелы-обогреватели поддерживают у куколок температуру тела, которая в идеальных ситуациях не отличается от таковой у млекопитающих больше чем на 1 °C

Рис. 5 Пчелы быстро узнают, где и в каких цветках есть нектар и как добыть его наиболее эффективно

Словно этого не достаточно, медоносные пчелы идут дальше простого контроля своей окружающей среды: их колонии в оптимальных условиях потенциально бессмертны. Суперорганизм пчелиной колонии нашел способ непрерывно менять свой генофонд, словно «геномный хамелеон» (см. главу 2), чтобы не оказаться в эволюционном тупике.

В целом контроль посредством обратных связей весьма характерен для живых организмов. Каждый организм точно управляет собственной «внутренней окружающей средой». Благодаря этому процессу поток энергии и движение вещества и информации внутри организма отрегулированы до соответствующего уровня. Температура тела — это результат сложения и вычитания энергии, тогда как масса тела — это результат баланса между поступлением и оттоком вещества. В 1939 году в своей книге «Мудрость тела» (The Wisdom of the Body) У.-Б. Кеннон ввел для описания такой регуляции состояния тела термин «гомеостаз». Физиология — это область биологии, занятая исследованием такого рода регулируемых процессов в живых организмах. Применительно к анализу контролируемых условий внутри колонии медоносных пчел как суперорганизма, или «млекопитающего из многих частей», социофизиология интересуется тем, какие регулятивные величины в колонии медоносных пчел настраиваются гомеостатически, каким образом пчелы это делают и какие цели все это преследует (главы 6, 8, 10).

Физиология млекопитающих и социофизиология медоносных пчел получают весьма сходные интерпретации. Сопоставимые жизненные стратегии, независимо появившиеся в процессе эволюции в различных группах живых организмов, описывают как аналогичные или конвергентные. Крылья птицы и насекомого — это пример такой аналогии. «Движение в воздухе» — общая проблема, решением которой становится изобретение крыльев.

Определив общие особенности, которые разделяют друг с другом млекопитающие и медоносные пчелы, мы в итоге задаемся вопросом: «Какова же та общая проблема, которую нужно было решить при помощи этого набора стратегий, возникших конвергентным путем?» Очевидно, что все эти особенности дают млекопитающим и медоносным пчелам определенную степень независимости от окружающей среды, которой вряд ли добились какие-либо другие группы живых организмов. Эта независимость не обязательно распространяется на все время жизни каждой особи; она скорее ограничена особенно уязвимыми стадиями жизненного цикла организма (см. главу 2).

Колонии медоносных пчел используют стратегии, замечательно сходные с таковыми у млекопитающих, и выращивают относительно немногочисленных, но чрезвычайно хорошо подготовленных к жизни и заботливо защищаемых репродуктивных особей, которых выпускают в окружающий мир. С этой целью у медоносных пчел развились определенные способности и формы поведения, которые принадлежат к числу самых удивительных в мире живой природы. Мы лишь начинаем разбираться в этой очень сложной ткани жизни.

Примечания

2

Это не совсем так. На уровне класса млекопитающие появились уже в позднем триасе, тогда как птицы — лишь в юре, то есть они моложе млекопитающих.