Текст книги "Планета насекомых: странные, прекрасные, незаменимые существа, которые заставляют наш мир вращаться"

* * *

Пчелы еще более продвинуты в этом вопросе. Они могут различать лица людей по фотографии. Кроме того, они могут помнить лицо, которое научились распознавать, на протяжении как минимум двух дней. Сомнительно, что пчелы как-то относятся к тому, что они видят. Скорее всего, фотографии, которые им показывают, кажутся им какими-то замысловатыми цветами.

Это новые и очень интересные знания. Они заставляют нас задуматься по-новому о распознавании лиц: мы все-таки говорим о животных с размером мозга меньше, чем буква «о» в этой книге. При этом они способны на те же вещи, что и мы со своим мозгом размером с кочан капусты. Понимание данных процессов может помочь людям, страдающим от прозопагнозии, при которой теряется способность узнавать лица.

Возможно, эти знания можно использовать при наблюдении, например, в аэропортах. Мы не предлагаем ставить стеклянную коробку с жужжащими пчелами на таможне (хотя это было бы здорово!). Речь идет о том, что можно перенять принципы распознавания лиц у пчел и перевести их в компьютерные алгоритмы. Это позволило бы улучшить и автоматизировать распознавание лиц через камеры наблюдения, например, для поиска преступников, находящихся в розыске, в местах больших скоплений народа.

Глава 2
Секс у шестиногих

Почему же насекомые настолько успешны? Почему они могут похвастаться таким разнообразием видов и таким несметным количеством особей? Ответ прост: потому что они маленькие, гибкие и сексуальные.

Основываясь на размере, жизнь на планете распределяется на 10 групп: от микроскопических микоплазм (размером в миллиардную часть метра) до гигантских секвой в Калифорнии, которые могут достигать более 100 метров в высоту. Насекомые относятся к шести группам, все из которых находятся на нижней части шкалы: от бескрылых самцов наездника, которые размером меньше, чем срез человеческого волоса, до настоящих гигантов – палочников, длиной в ваше предплечье (см. стр. 18). Это означает, что большинство насекомых очень маленькие, и им нужно крошечное укрытие, чтобы спрятаться от врагов. К тому же они используют ресурсы, не представляющие интереса для более крупных животных.

Немаловажно, что насекомые очень гибкие, то есть очень хорошо приспосабливаются. Крылья позволяют им передвигаться на огромные расстояния, если сопоставить с их скромными размерами, а благодаря тому, что они пользуются тремя измерениями воздушного пространства, они получают доступ к более разнообразным источникам питания. То, что большинство насекомых проводят свое детство в совершенно другом теле, чем взрослое насекомое (см. стр. 28), означает, что они могут пользоваться совершенно разной средой обитания и источниками питания на протяжении своей жизни, а насекомым-детям не приходится конкурировать за пищу со взрослыми.

Если взять двух плодовых мушек и создать им идеальные условия для размножения, через год количество их потомков будет выражаться числом с 42 нулями. Кроме того, насекомые обладают удивительной способностью размножаться. Судя по всему, мухи приняли на свой счет слова из Ветхого Завета: «Плодитесь и размножайтесь, и заполняйте землю». Начните с двух плодовых мушек и предоставьте им идеальные условия на протяжении года. Это означает, что вы получите 25 поколений мушек. Каждая самка откладывает 100 яиц. Давайте представим, что они все вырастут: половина из них будет самками, они спарятся и каждая отложит по 100 яиц. К концу года перед вами будет двадцать пятое поколение, и только одно оно будет состоять из тредециллиона маленьких симпатичных красноглазых мушек. Тредециллион – это число с 42 нулями. Чтобы это число имело смысл для вас, представьте, что вы решили плотно запаковать этих мушек в один огромный шар. У такого шара диаметр будет больше, чем расстояние от Земли до Солнца! Просто замечательно, что у насекомых так много врагов, иначе нам с вами места на Земле не осталось бы.

К счастью, большинство отложенных яиц не насладятся взрослой жизнью. Большинство насекомых умирают от голода, оказываются съеденными или погибают по другим причинам намного раньше, чем могли бы оставить потомство. Это отчаянное сражение. Со временем у насекомых развилось удивительное разнообразие приспособленческих механизмов, включая выбор полового партнера и размножение. В этой главе мы рассмотрим некоторые из них.

50 оттенков странностей

Органы чувств у насекомых играют важную роль при нахождении партнера, и тут конкуренция очень жесткая. Но сражение ни в коем случае не заканчивается в тот момент, когда он находит ее. Наоборот, оно только начинается. Для того, чтобы максимально передать свой генофонд будущим поколения, оба пола могут найти различные решения.

Например, нередко самка спаривается с несколькими самцами в течение короткого периода. Для самца это невыгодно: это означает, что его сперма конкурирует со спермой других самцов. Поэтому многие самцы снабжены половым органом, похожим на компактный вариант перочинного ножа, мы можем встретить природные приспособления, похожие на скребок, ковш и ложку. Они призваны удалить сперматозоиды, которые оказались внутри самки раньше.

Такой складной инструмент очень пригодится, если предыдущий кавалер воспользовался другой хитростью: закупорил половой вход самки. Самец делает что-то вроде самодельного пояса верности, который не позволяет самке снова спариться. Но это работает только частично. Самец номер два использует свои скребки, крючки и копья, чтобы удалить пробку и самому добраться до самки. Да, похоже, им не до нежностей, комплиментов и приглушенного света.

Другая хитрость, к которой прибегают самцы – убедиться, что самка получит максимальное количество его сперматозоидов и при этом у нее останется как можно меньше времени на других самцов. Поэтому он старается, чтобы спаривание заняло как можно больше времени. У некоторых видов это доходит до крайностей: ярко-зеленый клоп Nezara viridula, уже найденный несколько раз в Норвегии в импортируемых продуктах, может продлить половой акт до десяти дней. Но ему не угнаться за парой индийских палочников, которые в экстремальном варианте тантрического секса могут быть сцеплены в течение 79 дней!

Не только само соитие может продолжаться долго, самец может охранять самку после него. Возможно, вы обращали внимание на маленьких голубых равнокрылых стрекоз, сидящих или летящих парами? Иногда слившиеся стрекозы напоминают по форме сердце, но вряд ли можно приписать им романтические устремления в нашем понимании.

На самом деле эти полеты вдвоем – только результат того, что самец охраняет самку, чтобы она не спаривалась с другими до тех пор, пока она не отложит их общие (в лучшем случае) оплодотворенные яйца на подходящем водяном растении.

При такой жесткой конкуренции важно, чтобы оборудование было в полном порядке. И никто не сможет сказать дурного слова об оснащении малюсенькой плодовой мушки Drosophila bifurca. Самец этого маленького насекомого, родня плодовой мушки, раздражающей вас на кухне, является гордым обладателем самого длинного в мире сперматозоида: он почти 6 см длиной! Это значит, что он в 20 раз длиннее, чем само насекомое, что в людском эквиваленте означает, что у людей был бы сперматозоид длиной в гандбольное поле. Как это возможно?

Ответ кроется в том, что почти весь сперматозоид мушки состоит из тонкого хвоста, скрученного в клубок. Увеличенная фотография сперматозоида напоминает картину, когда дети сами решили сварить спагетти и налили слишком мало воды в кастрюлю. Зачем он нужен? Длинные сперматозоиды – это эквивалент Усэйна Болта, только в сфере размножения насекомых: у них больше шансов выиграть забег до яйцеклетки.

И раз уж мы оказались в этом странном мире, нам не обойтись без постельных клопов. Эти кровопийцы, прячущиеся в щелях стен и кроватей общежитий и отелей по всему миру, когда наступает темнота, вылезают наружу и, пока вы спите, вонзают в вас свой хоботок. Естественно, это не тот сувенир, который бы вы мечтали привезти с собой из отпуска, но факт остается фактом: клопы являются растущей проблемой даже в Норвегии. И дело не только в том, что мы много путешествуем, но в основном потому, что они больше не реагируют на инсектициды, которые раньше использовали против них.

У некоторых видов клопов самцы даже не затрудняют себя нахождением полового отверстия у самки, а просто прокалывают ее брюшко своим половым органом, далее сперматозоиды сами находят дорогу к яйцеклеткам в ее теле. Часто это наносит серьезные повреждения самке и приводит к тому, что она больше не сможет спариваться с другими самцами. Таким образом самец пытается убедиться, что он будет отцом всех ее детей. Чтобы защититься, часть брюшка у самок, в которую самец чаще всего проникает, стала более плотной. Это уменьшает ее повреждения.

Это иллюстрирует важную деталь: в борьбе между полами есть две противоположные стороны, и каждая сторона борется за то, что выгоднее ей с точки зрения эволюции.

Дамы выбирают кавалеров

Возможно, древние энтомологи, бывшие исключительно мужчинами, рассматривали все явления с мужской точки зрения. В любом случае, современная наука представляет нам все новые примеры того, что самки также стремятся отстоять свои интересы.

Некоторые самки просто-напросто пожирают самца после соития. Это обычно встречается у пауков – дальних родственников насекомых. Американский паук-рыболов, например, умирает сам во время акта. Это происходит из-за того, что его половой орган разрывается в тот момент, когда самец передает свою сперму. И после этого он будет съеден ради будущих детей. Несмотря на то, что его избранница крупнее его в 14 раз, его маленькое тельце служит хорошим источником белка. Немного питания не повредит, когда предстоит отложить сотни паучьих яиц. Богомол также известен своим каннибализмом. Однако наблюдения показали, что в природе самцы реже становятся блюдом на обед после спаривания, чем в искусственных условиях в лаборатории.

Но у мамаши-насекомого есть свои уловки. Оказывается, она тайком может выбирать, какой самец станет отцом ее детей. В этом задействовано много механизмов: дорога к яйцеклетке мало похожа на спокойное купание в тихой воде, а больше напоминает полосу препятствий. Так как часто сперма хранится в сперматеке – специальной «банке для спермы» внутри тела самки, а само оплодотворение происходит позже, самка может влиять различными способами на то, какую сперму она сохранит и какой воспользуется.

Один исследователь провел хитрый, даже жестокий эксперимент, доказывающий это. Стаю мучных хрущаков разделили на две группы. Половину самцов морили голодом для того, чтобы они предстали в эксперименте как слабые индивиды с плохим генофондом. Половину самок ученые просто умертвили, чтобы они не смогли повлиять на результат. Когда насекомых поместили вместе, и голодавшие, и не голодавшие жуки стали рьяно спариваться с живыми и только что умерщвленными самками в равной степени. И тут началось самое интересное: у мертвых самок их резервуар был в равной степени заполнен спермой как голодавших ослабленных самцов, так и сильных самцов. Однако у живых самок спермы сильных самцов было намного больше. Это доказывает, что самки делали что-то, чтобы управлять процессом и убедиться, что сильные самцы станут отцами их детей.

Жизнь без мужчин?

Существует много способов продолжать традиции, а среди насекомых можно найти пример практически любого феномена. Обычно для размножения нужны самец и самка. Но многие насекомые выбирают вести одинокую жизнь, но тем не менее передать свои гены следующему поколению.

Самки садовой тли могут откладывать яйца после спаривания, но еще они способны к живорождению, причем без участия самца.

Непорочное зачатие (такое размножение называют партеногенезом) практикуется периодически у целого ряда насекомых. Например, тля таким образом может обеспечить быстрый и эффективный прирост населения весной на ваших любимых цветах в саду. У них нет времени откладывать яйца и ждать, они просто-напросто рожают живых маленьких деток, сформировавшихся из яйцеклеток в новую особь без процесса оплодотворения. И на этом все не заканчивается: у некоторых видов самка тли становится подобием матрешки – она может вынашивать маленьких самок тли, которые, в свою очередь, уже вынашивают новых самок тли!

Неудивительно, что куст розы кишит жизнью. Вряд ли можно назвать это одиночеством, несмотря на отсутствие самцов. Вскоре им станет тесно на одном кусте. До сих пор у самок не было крыльев, но настало время создать крылатых особей, которые смогут перелететь на соседний куст и продолжить массовое размножение на нем.

Когда дни станут короче, температура ниже, и почувствуется приближение осени, размножение изменится: самки тли переключаются на воспроизводство и самок, и самцов. Они спариваются, и самка откладывает яйца: только таким образом тля может пережить зиму. Она откладывает яйца на подходящем многолетнем растении. Когда наступает весна, яйца превращаются в новых самок, способных к непорочному зачатию. И весь круговорот начинается снова.

* * *

Так зачем же нужны самцы, если самка тли может самостоятельно стать прародительницей большему количеству детей, внуков, правнуков в течение всего одного сезона, чем люди на всей планете? Ведь намного выгоднее, если все индивиды будут способны производить потомство, а не только половина? Не говоря уже о времени, которое мы могли бы сэкономить на периоде ухаживания.

Биологи на протяжении долгого времени пытаются понять, почему же большинство животных и растений существуют в форме двух полов, и дискуссия продолжается по сей день. Недостаток непорочного зачатия состоит в том, что все индивиды будут совершенно идентичны генетически. В таком случае, при изменении окружающей среды, живые организмы будут ограничены в возможности приспособления. Таким образом, половое размножение, когда генетический материал двух особей перемешивается, необходимо для поддержания генетического разнообразия и для исключения патологических мутаций. Наличие двух полов полезно и для возможности следовать разным стратегиям: один пол может обладать немногочисленными, но крупными, богатыми питательными веществами половыми клетками, то есть яйцеклетками, в то время как второй пол может обладать маленькими многочисленными и подвижными половыми клетками, то есть сперматозоидами.

Да здравствует королева!

Не только тля живет в обществе, где полностью доминируют женщины. С большой вероятностью каждый муравей, оса и медоносная пчела, которых вы встречали в своей жизни, были дамами. Помните фильм «Би Муви: медовый заговор» о пчеле Барри, который устал от жизни в роли рабочего на фабрике в улье? С биологической точки зрения фильм полностью неправильный. Или, если уж на то пошло, шекспировский «Генрих V», где Шекспир описывает, как многочисленными жителями улья управляет король? Тоже неправда. На самом деле, самцы пчел не являются работниками в сотах. И ими не управляет король.

Женщины в мире медоносных пчел командуют и делают основную работу. Все работники – женского пола, а их повелительница – королева. Самцы живут только в течение короткого периода осенью и имеют единственное предназначение: оплодотворять новую королеву. Самцы даже сами не собирают еду, а их кормят самки.

Мы, конечно же, простим и Шекспира, и киностудию Dreamworks, и всех тех, кто так грубо ошибался в этом вопросе, ведь это старое и устоявшееся заблуждение. Еще древние греки пытались понять жизнь пчел, но не смогли разгадать их секрет. Они знали, что у обычных пчел было жало, а самки ведь не могли быть оснащены таким грозным оружием? И если злые жалящие особи были дамами, то это означало, что вялые крупные индивиды, которые даже не пытались добывать нектар, были мужчинами? Это уже казалось древним совершенно невероятным.

Поэтому только в конце XVII века, после изобретения микроскопа, ученые смогли с уверенностью утверждать, что все эти юркие бесстрашные работники и их руководитель были женщинами, а ленивцы – мужчинами.

Тем не менее потребовалось еще два столетия, чтобы понять, как пчелы появлялись, так как никто никогда их не заставал за занятием сексом. Главная теория того времени заключалась в том, что самцы пчел, трутни, справлялись со своей миссией с большого расстояния, оплодотворяя свою королеву с помощью так называемого «запаха» спермы.

Только в конце XVIII века ученые обнаружили, что матка, которая вылетала на прогулку, возвращалась в улей с мужским половым органом, прикрепленным к ее половому отверстию. Это были остатки последнего счастливчика, выбранного из стаи трутней, преследовавших ее. Матка часто совокупляется с несколькими из роя. Она сохраняет все сперматозоиды (до 100 миллионов) в своем внутреннем резервуаре и использует их по частям всю оставшуюся жизнь.

Однако для трутня спаривание – это последнее дело в его жизни. Сама передача сперматозоидов подобна взрыву: она настолько мощная, что орган разрывается и отрывается от задней части его тела, и вскоре он погибает.

Это производит настолько сильное впечатление, что даже желтая пресса пишет о насекомых на своих страницах. Вот для примера заголовок газеты The Sun: «Половые органы самцов пчел взрываются в момент оргазма».

Бейонсе была права

Несколько лет назад насекомые внезапно прославились с неожиданной стороны. В средствах массовой информации появилась новость о том, что новый вид слепня был назван в честь американской поп-певицы Бейонсе Ноулз: Scaptia beyonceae.

Слепень Бейонсе получил свое имя по двум причинам: во‑первых, потому что он был впервые обнаружен в год ее рождения, хотя имя ему было дано много лет спустя. Но в основном он получил это имя благодаря задней части брюшка, покрытой золотистыми волосками. Это навеяло энтомологу, который должен был дать слепню имя, мысль о той же части тела певицы, обычно одетой в узкие блестящие платья. Я очень надеюсь, что в мире появится больше энтомологов женского пола, которые будут называть насекомых в честь широких мужественных мужских плеч или накаченного пресса…

Я не уверена, насколько была польщена сама певица, если она вообще узнала об этом, но разговор идет о слепне родом из Австралии. Хоть слепни и любят цветы и участвуют в опылении, они в первую очередь известны как весьма надоедливые для людей и домашних животных существа; они очень больно кусаются, раздражают животных и могут переносить болезни.

В любом случае, у Бейонсе примерно в то же время был популярный хит, в котором она спрашивала: «Кто управляет миром?» Вы наверняка помните ответ: «Женщины!»

Вряд ли она думала о насекомых, но это было бы вполне обосновано. Если мы подсчитаем количество самцов и самок на нашей планете, мы сможем утверждать, что насекомые заботятся, чтобы на планете было больше дам. Исключим из рассмотрения бактерии, гермафродитов и другие организмы, не имеющие определенного пола. Если мы посмотрим на количество самок среди остальных животных, среди многочисленных групп, таких как насекомые, дамы явно преобладают.

Все работники медоносных пчел – самки, 83 миллиарда особей. Все работники у муравьев – самки, а муравьев несметное количество.

Ученые не могут прийти к консенсусу относительно их количества. Однако «БиБиСи» считает, что можно с уверенностью утверждать, что муравьи являются самой многочисленной группой насекомых в мире. И среди других весьма многочисленных групп насекомых, как тля, самки доминируют время от времени (см. стр. 72).

Могут ли водные жители скомпенсировать доминирование самок на Земле? В океане маленькие рачки – водные сородичи насекомых – доминируют по количеству: такие животные как копеподы и другие виды. Распределение представителей полов у них более равноправное, но и в этой группе иногда сообщается о преобладании женского пола. Даже среди крупного рогатого скота и домашней птицы, которых на Земле множество, быков и петухов зачастую меньше, чем их женских половинок. Конечно, существуют виды с преобладанием самцов, как, например, плоские черви и черепахи, но смогут ли они тягаться с остальными?

Так что похоже, Бейонсе права. Если мы подсчитаем количество индивидов, именно дамы ведут за собой мир. И это благодаря насекомым и их экстремальному преобладанию самок у самых успешных видов.

У меня нет отца, но есть дедушка

Как же получилось, что такие общественные насекомые как медоносные пчелы, муравьи и многие осы, живут в обществе с таким неравным распределением полов?

Матки муравьев и пчел сами выбирают пол своих детей.

Один из секретов заключается в том, каким образом определяется пол потомства у этих насекомых. У людей и у многих насекомых половые хромосомы определяют будущий пол, но у насекомых этих групп половые хромосомы отсутствуют.

Пол зависит от того, оплодотворено ли яйцо или нет, а это решает матка. Только ей разрешено откладывать яйца. Если она оплодотворит яйцо сперматозоидами, которые она сохранила со своего спаривания, то получится самка: работник или матка, в зависимости от питания, пока она еще личинка. Если она отложит неоплодотворенное яйцо, получится самец.

Эта система приводит к интересным результатам в плане наследования генов, особенно если матка спарилась только с одним самцом за всю свою жизнь. Тогда дочери матки будут в более близком родстве со своими сестрами, чем со своим собственным потомством! Проще говоря, потому что все сперматозоиды папы-пчелы содержат один и тот же генетический материал, и все его дочери (у него не может быть сыновей, помните, они развиваются только из неоплодотворенных яйцеклеток) получат от него идентичные гены.

Это означает, что эти дочери только выиграют, если не будут размножаться, а лучше будут помогать кормить других сестер, включая матку. Просто потому, что таким образом они смогут передать большее количество генного материала. Люди долго полагали, что это и есть объяснение особому построению общества этих социальных насекомых. Но теперь мы знаем, что матка у медоносных пчел обычно спаривается с несколькими самцами. А у термитов, которые тоже социальны, пол не определяется тем, оплодотворена яйцеклетка или нет, так что объяснение не годится. По сей день ученые бурно обсуждают, какие другие механизмы могут объяснить данный феномен.

В любом случае эта система означает, что, если самец пчелы захочет нарисовать свое генеалогическое дерево, на его пути встретятся неожиданные препятствия. У него нет отца, так как он рожден из неоплодотворенной яйцеклетки. Однако у него есть дедушка со стороны матери.

Исследование семьи, где супруги живут со своими детьми, детьми от первого брака и общими детьми, покажется пустяком по сравнению с этим.

Детский сад с точки зрения насекомых

Мама-насекомое часто считает, что ее работа выполнена, когда она отложит яйцо. Но существуют исключения. Некоторые насекомые заботятся о потомстве, кормят детей и ухаживают за ними. И примеры заботливых насекомых – не просто веселая тема для застольного разговора. Изучая стратегии родственных видов, заботящихся и не заботящихся о потомстве, биологи узнали многое об экологии и эволюции.

* * *

Среди насекомых есть один вид тараканов (Diploptera punctata), у которого потомство рождается живым. Это означает, что они вылупляются из яйца внутри матери, и малышам нужна еда, чтобы они могли расти большими и сильными. У тараканов нет теплой и уютной матки, где детки могут питаться через пуповину. Вместо этого у матери есть специальные железы в задней части тела, которые производят молочные белки в жидком виде. Энергетическая ценность этого «молока» похожа на паек солдата: идеальная комбинация белков, углеводов и жиров. Некоторые утверждают, что это может быть новой супередой, даже для людей. Но так как доить тараканов – это очень кропотливый труд, нам, скорее всего, придется производить синтетический аналог.

У другого известного нам, но малопопулярного насекомого – оленьей кровососки – очень похожий жизненный цикл. Это муха-паразит, пьющая кровь оленей. Она активна в середине грибного сезона, и хотя редко кусает людей, жутко надоедлива. На теле у одного из оленей, обследованного ветеринарным институтом в 2007 году, было обнаружено целых 10 000 оленьих кровососок!

У оленьих кровососок детки также вылупляются внутри мамы, а личинка получает питание из специальных желез, расположенных внутри, пока мама сидит в тепле и безопасности в шерсти оленя. Потомство рождается в виде куколки, темной и твердой, словно черное дерево, и падает с оленя на землю. Там она лежит, пока новая кровососка не вылетит из куколки следующей осенью.

* * *

Ряд других насекомых заботятся и ухаживают за своим потомством. Мы уже рассказывали о социальных насекомых, у которых сестры участвуют в воспитании младших. Но мама тоже не бездельничает. Матка термитов производит новое яйцо один раз в три секунды на протяжении всей жизни. Нет смысла задумываться о том, чем она будет заниматься, когда все ее дети вырастут, так как это время никогда не настанет.

Уховертки, эти продолговатые коричневые насекомые с парой клешней сзади – тоже очень любящие матери. Хоть они и не меняют подгузники, но они охраняют яйца, убирают грибные споры и моют яйца специальным раствором, который, как считается, защищает от грязи и грибка. Когда детки вылупляются, она приносит пищу и вначале кормит маленьких личинок. Один эксперимент показал, что чуткая забота мамы-уховертки увеличивает процент отрождения личинок из яиц с 4 до 77. Жуки-могильщики тоже очень заботливые родители (см. стр. 181).

В Скандинавии мы гордимся равноправием полов. Но когда дело касается равноправия среди самых маленьких, другая страна наступает на пятки: возможно, потому что у нас в Норвегии нет ни одного гигантского водяного клопа из подсемейства Belostomatinae. В этой интересной семье мы можем найти один из редчайших примеров, когда папа полностью берет на себя уход за детьми. Кстати, речь идет о целом выводке детей от разных мам. После спаривания самка откладывает яйца аккуратными рядами на спину папе. В его обязанности входит охранять яйца, и он должен плавать на поверхности воды, следя за тем, чтобы они и не высохли, и не утонули. А мама? Она, подобно Норе из драмы Ибсена «Кукольный домик», отправляется своей дорогой.