Тайны осиного гнезда. Причудливый мир самых недооцененных насекомых - Сейриан Самнер

докторских степеней по энтомологии, но обладали ценными знаниями, которым вряд ли нашлось бы место в академическом журнале. Это именно то самое глубокое понимание естественной истории, которое позволило Мэри Джейн написать свой значимый труд о природе чередующихся форм поведения. Благодаря Джону Уолтерсу мы сейчас находимся в процессе секвенирования генома вересковой пилюльной осы и уже прошли примерно полпути в процессе отбора образцов, необходимых для того, чтобы проверить репродуктивную теорию становления общественных насекомых. Возможно, нам не удастся стать первыми, кто сделает это в отношении одиночной осы-эвмениды, но я в любой момент променяю первенство в науке на несколько часов на вересковой пустоши вместе с «гильдией пилюльщиков».

V

Циклы функционирования яичников – это не единственный «чертеж», на основе которого эволюция разрабатывала вариации. В начале 2000-х годов специалист по биологии ос Джим Хант предположил, что эволюция может использовать зимнюю диапаузу у одиночных насекомых в качестве основы для создания каст матки и рабочих особей. Диапауза – это ключевая особенность жизнедеятельности насекомых, состояние сезонного покоя, которое насекомые используют для пережидания таких неблагоприятных условий окружающей среды, как зима[144]. Насекомое замедляет свой обмен веществ, вообще никак не «ведет себя», его развитие и репродуктивная функция прекращаются, а рост заторможен вплоть до почти полной остановки. Способность насекомых отключать свои биологические функции и выживать в экстремальных условиях окружающей среды восхищала биологов на протяжении сотен лет.

Первым, кто подробно описал это явление, был французский натуралист Рене де Реомюр, который в своем трактате 1734 года о поведении и физиологии насекомых в зимний период отметил, что холод «приводит пчел в состояние, в котором пища перестает быть им нужной; он держит их в своего рода оцепенении». Но лишь в последние пару десятилетий ученые начали по-настоящему понимать явление диапаузы: почему она происходит, что является сигналом к ее началу и каковы механизмы, которые регулируют ее и гарантируют, что она наступит в нужное время. К факторам, запускающим зимнюю диапаузу, относятся температура, влажность, рацион и продолжительность дня или ночи.

Диапауза – это всего лишь один из примеров биологических ритмов, которые восхищали людей тысячелетиями – вероятно, с тех пор, как мы стали земледельцами, которым пришлось постигать и осваивать естественные циклы животных и растений для успешного их использования. Могли ли механизмы, регулирующие диапаузу у одиночных насекомых, перестроиться так, чтобы получить маток и рабочих особей общественного насекомого?

Давайте вернемся на пустоши, к нашей пилюльной осе, чтобы чуть лучше понять, как может работать гипотеза диапаузы.

Через пару дней после того, как пилюльная оса-мать отложила яйцо, выводится потомство – личинка, которая сразу вгрызается в свой личный продуктовый запас из гусениц. Если это происходит в начале лета, личинка окукливается и вскоре превращается в пилюльщицу первого поколения (если это самка) либо в потенциального партнера пилюльщицы (если это самец). Однако если это происходит ближе к концу лета, потомство осы, независимо от пола, впадет в диапаузу внутри своего горшка как оса второго поколения и появится на свет в облике взрослой особи следующей весной. Насекомым в регионах с умеренным климатом не остается ничего другого, кроме как впадать в диапаузу, чтобы переживать зиму. Но диапауза – это дело рискованное, поэтому, если первое поколение ос, появившееся в начале сезона, может отказаться от спячки, это снижает риск, связанный с зимовкой, по крайней мере для части из них.

Задержка диапаузы у расплода, появившегося в начале сезона, распространена среди насекомых, обитающих в умеренном климате, и наша вересковая пилюльная оса – не исключение. Но что здесь довольно необычно, так это то, что одна и та же самка пилюльной осы может в течение одной недели выращивать «яровое» поколение, а на следующей неделе незаметно переключиться на «озимое». На первый взгляд в этом нет ничего особенного, но лишь до тех пор, пока вы не осознаете фундаментальные различия между «яровым» выводком и выводком, впадающим в диапаузу: «яровое» потомство должно быстро превращаться во взрослых особей, чтобы успеть найти брачного партнера и до наступления осени построить и снабдить запасом корма два десятка горшков. И напротив, впадающий в диапаузу выводок должен приостановить свое развитие на стадии окукливания, затормаживая обменные процессы и рост до весны. Сигналом о необходимости впадать в диапаузу для пилюльной осы может быть продолжительность светового дня, потому что в горшочках, слепленных позднее последней недели июня, почти всегда находится потомство, впадающее в диапаузу, тогда как внутри гнезд, сделанных до этого, как правило, находится «яровой» выводок. В равной степени вероятно, что решение может быть принято в зависимости от типа имеющегося корма, поскольку разновидности гусениц, доступных пилюльной осе, будут меняться на протяжении сезона. Этот вопрос еще никто пока не удосужился изучить.

Но что бы ни служило ей сигналом, пилюльная оса, подобно многим одиночным насекомым, у которых наблюдается диапауза, производит отпрысков двух типов («яровых» и «озимых»): они находятся в двух очень различных физиологических состояниях и запрограммированы в соответствии с особыми механистическими схемами, которые запускаются специфическими сигналами из окружающей среды[145].

Джим Хант предположил, что предковая схема диапаузы могла быть перепрофилирована при зарождении общественного образа жизни для создания каст матки и рабочих особей. Управляющие схемы, дающие начало выводку первого поколения у одиночной осы-эвмениды, могут использоваться для создания рабочей особи («ярового» выводка), тогда как схемы получения выводка второго поколения («озимого») могут быть приспособлены для выращивания матки. На его идеи повлияли именно осы Polistes, в частности те из них, что живут в областях с умеренным климатом. Разумеется, между одиночными насекомыми, впадающими в диапаузу, и расплодом ос Polistes, которому суждено стать матками на следующий год, есть несомненное сходство: ускоренное развитие личинок, более растянутое время окукливания и высокое содержание запасающих белков (известных как гексамерины), которые встречаются у особей, не впадающих в диапаузу.

Поведение ос Polistes, впадающих и не впадающих в диапаузу, также различается: самки, не впадающие в спячку, способны к размножению, но вместо этого проявляют склонность заготавливать белковую пищу, заботиться о выводке, участвовать в постройке гнезда и обладают небольшой продолжительностью жизни – это очень похоже на рабочих. И напротив, самки, которым судьбой уготовано впасть в диапаузу, не добывают белок, не участвуют в строительстве гнезда или в уходе за потомством, и продолжительность их жизни больше – это очень похоже на матку.

Исследования показывают, что по крайней мере у ос рода Polistes пусковым моментом для двух разных типов развития может быть питание: то, чем питаются эти осы в личиночном состоянии, определяет, будут ли они впадать в диапаузу или нет. Выкармливайте потомство высокопитательной пищей