Обоняние. Увлекательное погружение в науку о запахах - Паоло Пелоси

Если вам кажется, что распознавание партнеров при помощи химического сигнала уже достаточно сложное явление, посмотрите на общественных насекомых: их феромональная коммуникация куда богаче. Она опирается на целый химический язык, способный передавать самые разные типы информации.

Колонии социальных насекомых, таких как медоносные пчелы, осы, муравьи и термиты, состоят из огромного количества особей, поделенных на касты. У каждой касты есть свой круг задач, важных для выживания всего сообщества. Если вам когда-нибудь случалось заглянуть в улей или в муравейник, вы наверняка заметили, что каждая отдельная особь ведет себя очень целенаправленно, словно повинуясь четко сформулированным приказам, – совсем как рабочие на фабрике. Для такой эффективной организации труда необходим некий босс, надзирающий за всеми видами деятельности и обеспечивающий, чтобы каждый работник строго выполнял назначенные ему обязанности. Рабочие пчелы на протяжении своей жизни делают самые разные вещи: они кормят личинок, ухаживают за царицей, чистят соты, охраняют улей и, конечно, отправляются на сбор пыльцы и нектара [5]. Но кто же говорит каждой пчеле, чем она будет сегодня заниматься? Термиты строят огромные, сложно устроенные жилища – по человеческим меркам это настоящие небоскребы – с вентиляционными шахтами и сложной системой помещений, хотя у них нет ни главного архитектора, ни чертежей. Подземные галереи муравьев не уступают им ни в сложности, ни в организованности.

Муравейник как суперорганизм

Многие исследователи уже выдвигали для описания организованных сообществ и нашего мира в целом концепцию суперорганизма. Э.О. Уилсон и Берт Хёллдоблер отдали целую жизнь изучению муравьев и заслуженно считаются лучшими специалистами в этой сфере. Они применили идею суперорганизма к общественным насекомым и изучили сложную и захватывающую жизнь муравьев во всех деталях [6].

Сама мысль, что крупное сообщество особей одного вида, как у пчел и муравьев, можно рассматривать как суперорганизм, подразумевает, что тесные взаимосвязи внутри него дают на выходе устойчивую и воспроизводимую систему, позволяющую колонии действительно выступать как единый организм. Это похоже на клетки нашего тела, достаточно дифференцированные, чтобы выполнять разные специализированные задачи, но при этом постоянно сообщающиеся друг с другом; или на нейроны мозга, тесно связанные между собой и работающие заодно. Отдельные нейроны могут выполнять только какие-то очень простые задачи, но вместе, объединенные в сеть, они способны решать самые трудные проблемы.

Клетки организма и нейроны мозга дифференцируются согласно конкретным, приходящим изнутри приказам (часто отвечающим на внешние стимулы), которые включают в работу одни гены и выключают другие. Нейроны активируются и подавляются химическими сигналами других нейронов; общая слаженная работа всей системы на выходе дает поведенческий результат. В колонии социальных насекомых происходит постоянный обмен информацией при помощи химических сигналов – а конкретнее, феромонов, – каждый из которых имеет определенное значение и программирует особь на некие заранее заданные и предсказуемые действия.

Так можно ли считать колонию муравьев суперорганизмом? Ученые поломали немало копий на этот счет, но так до сих пор и не пришли к единому мнению. Природа знает системы разной степени сложности и разные уровни организации элементов в большие, комплексные организмы – от клеток какого-нибудь органа или тела в целом до муравьев в большом муравейнике. А ведь бывают еще и промежуточные формы вроде слизевиков! Это такие одноклеточные организмы, живущие собственной, независимой жизнью, пока в округе достаточно пищи. Как только с ней начинаются перебои, клетки собираются вместе и формируют единую систему, способную двигаться и находить пищу с помощью хеморецепции. Клетки при этом специфицируются и принимают самую разную форму: кто – ножек, а кто – плодового тела, способного производить споры. Слизевики – потрясающий пример того, как единичные клетки способны собираться в сложный организм с новыми функциями, и все это – в ответ на изменения окружающей среды.

Все эти примеры – клетки мозга, слизевики и муравейники – объединяет одно: их комплексное поведение есть результат изощренной химической коммуникации. Вспомните, как феромоны регулируют поведение полов у животных: поиск, ухаживание и спаривание. Но, так как жизнь насекомых не исчерпывается вопросами пола и подразумевает взаимоотношения между большим количеством особей, а не только между самцом и самкой в определенном узком контексте, им нужно больше разных феромонов, чтобы обмениваться информацией и отдавать и исполнять приказы.

Химическая коммуникация у социальных насекомых

Именно поэтому у насекомых имеются феромоны тревоги, предупреждающие других членов колонии об опасности, феромоны, указывающие путь к источнику пищи, и феромоны, маркирующие принадлежность особи к той или иной касте внутри системы и гнездо, в котором все они обитают. Когда два муравья встречаются на тропинке, они чаще всего останавливаются и внимательно обнюхивают друг друга, соприкасаясь антеннами. Так они опознают в собеседнике своего или чужака и могут рассказать, где в округе можно найти еду.

У медоносных пчел есть несколько желез, способных производить довольно широкий ассортимент феромонов. «Королевский феромон» эффективно подавляет созревание яичников у других особей, пока в улье есть матка: рабочие пчелы в итоге яиц не откладывают [7]. Но стоит королеве умереть, как подавляющий фактор отключается, и одна из рабочих пчел становится новой хозяйкой улья, обеспечивая продолжение жизни сообщества. Чтобы этот механизм гарантированно работал, ольфакторное послание должно быть достаточно летучим и исчезать вскоре после отключения обновлений. Этот феромон на самом деле состоит из смеси компонентов среднего размера. Основной среди них – кетокислота в десять атомов углерода (см. рис. 17) и плюс к ней – ее спирт и два ароматических соединения. Рабочие пчелы постоянно собирают с королевы этот коктейль и сами разносят по всему улью, передавая своим коллегам. Так «королевский феромон» держит в подчинении все домохозяйство, но, когда матка умирает, концентрация феромона падает и у ее подчиненных восстанавливается овуляция.

Эти же самые химикаты вкупе с другими ароматическими соединениями (конифериловым спиртом и кое-какими добавочными) составляют так называемый феромон свиты, который постоянно держит вокруг королевы группу фрейлин.

Еще один ольфакторный маркер наносится на яйца королевы и гарантирует, что кормить улей будет только тех личинок, что выведутся из них. Бывает, что рабочие пчелы тоже случайно откладывают яйца, но на них этого феромона нет, а потому их немедленно выбрасывают. Интересно, что из них вывелись бы самцы-трутни, совершенно бесполезные для колонии в обычных обстоятельствах. А вот когда королева умирает, они сразу становятся нужны, чтобы оплодотворить ее преемницу.

Другие выделяемые пчелами вещества служат феромонами тревоги. Это тоже высоколетучие соединения, которые рассеиваются в воздухе, как только опасность минует. Когда пчела жалит врага, она выделяет сладкий запах банана: его дает довольно сложный коктейль из амилацетата (рис. 17) и других эфиров. Этот феромон немедленно рекрутирует других пчел атаковать и жалить. Он чрезвычайно летуч, а потому распространяется и работает быстро – но так же быстро и исчезает, лишь только ситуация возвращается к норме. Есть и еще один феромон тревоги, продуцируемый другой железой и тоже летучий, – 2-гептанон (рис. 17). Он одновременно отпугивает чужаков и помогает маркировать локации, в которых нет пищи и куда незачем летать. Управляя секрецией разных веществ, пчелы и другие социальные насекомые оттачивают формулировку и смысл посланий, а благодаря своей летучести эти вещества задерживаются в окружающей среде на достаточное время.