Почему пчёлы общественные, а бабочки нет?
Всем известно, что пчелы и муравьи — социальные насекомые. Они живут большими семьями, состоящими из репродуктивной королевы или королевы-матери (у некоторых видов муравьев королева бывает не одна) и нескольких рабочих муравьев.
Мы также знаем, что предки социальных насекомых были одиночками и в процессе эволюции постепенно образовывали сложные общества. В отряде Hymenoptera существует ряд переходных форм от одиночных к социальным насекомым, включая пчел, медоносных пчел, пчеловодов и муравьев.
Во-первых, молодые пчелы из первого расплода помогают своим матерям вывести следующий расплод, который затем рассеивается и строит свое собственное гнездо. Затем помощники перестают рассеиваться и всю жизнь помогают своим матерям, не откладывая яиц.
Как же насекомые «допрыгнули» до этой стадии эволюционного процесса? На первый взгляд, такой переход резко контрастирует с теорией естественного отбора. Напомним вкратце его суть. Если гены вида гарантируют развитие его полезных характеристик, у него будет много потомства, и следующее поколение будет носителем многих из этих «полезных» генов. У них снова будет многочисленное потомство. Если ген кодирует некоторые неблагоприятные черты, у таких людей будет мало потомства и они исчезнут совсем, причем доля таких генов будет уменьшаться с каждым поколением. Мутации порождают новые варианты генов, а естественный отбор определяет, какие из них полезны и достойны существования, а какие вредны и обречены на исчезновение.
Однако предположим, что у конкретной медоносной пчелы есть ген альтруизма. Это желание помочь матери заботиться о своих личинках. И помочь им даже «забыть» о собственном воспроизводстве. Это замечательная вещь. Матери выращивают много молодых пчел с помощью своих старших дочерей. Однако наш мутант-помощник не передает свои гены потомству. Эволюция социальных насекомых закончится, не успев начаться.
Так ошибочна ли теория Дарвина? Будьте уверены, — отвечают эволюционисты. Может быть, хотя бы у некоторых из них тоже есть этот ген альтруизма? И будут ли помощники распространять свои гены, не оставляя собственного потомства? Да, но носители «эгоистичного гена» оставляют больше потомства, чем носители «гена альтруизма». Как правило, у сестер либо есть, либо нет этих генов, но их потомство обязательно унаследует ваши.
У «нормальных» животных именно так и происходит. Именно поэтому большинство социальных животных не делятся на плодовитых матерей и бесплодных работников. В колонии обезьян, например, все особи размножаются. То же самое относится и к колониям чаек.
Однако перепончатокрылые отличаются от других. Они сильно различаются по способу определения своего пола. Как известно, пол млекопитающего определяется двумя половыми хромосомами — X и Y. Дети, унаследовавшие X-хромосому от матери и Y-хромосому от отца, будут мальчиками. Если у него две Х-хромосомы, то он — девочка. У него не может быть двух Y-хромосом, потому что у его матери нет одной Y-хромосомы. Обе Х-хромосомы — Х (рис. 1).
Рисунок 1: Гендерная диаграмма человека (a) и медоносной пчелы (b)
А у перепончатокрылых пол определяется количеством хромосом. У женщин (и бесплодных женщин) это двойной набор, с двумя копиями каждого типа хромосом. У мужчин имеется один набор, включающий по одной копии каждого типа хромосом. Когда самка откладывает оплодотворенное яйцо, один набор от матери и один набор от отца объединяются, чтобы произвести двухместную самку. А если самца нет, самка откладывает неоплодотворенное яйцо с одним набором хромосом, и на свет появляется самец! Очень удобно.
Как это связано с переходом к социальному образу жизни? Спросите как. Давайте рассмотрим, как отношения между родителями и детьми и братьями и сестрами относятся к нам, млекопитающим и пчелам. У человека ребенок получает половину хромосом матери и половину хромосом отца (рис. 2). Таким образом, они делят половину своих генов с каждым из родителей. Случай с братьями и сестрами более сложный. Теоретически, сестры (или братья, сейчас это не имеет значения) могут получить половину своих хромосом от матери (показано в левой части диаграммы, отсюда и термин «левша»). Другая половина («правши»). В этом случае сестры (или братья) вообще не несут генов от одной матери. С другой стороны, обе сестры могут иметь одну и ту же «левую» или «правую» хромосому и, следовательно, иметь идентичные гены. На самом деле, вероятность таких экстремальных мутаций настолько мала, что хромосомы распределяются среди потомства случайным образом. И в среднем два брата и сестра несут около четверти генов своей матери. И примерно четверть отцовского; это половина от общего количества. Таким образом, родители, потомство и братья и сестры млекопитающих имеют в среднем половину общих генов.
А как насчет перепончатокрылых (рис. 3)? От матери — та же общая четверть (в среднем), а вот от отца — все 100%! Другого варианта нет. Каждая хромосома представлена одной копией. Оказалось, что у пчелиных родителей и детей половина генов общая, а у сестер — три четверти! Они более тесно связаны друг с другом, чем со своими матерями. Это правда, что летние пчелы делятся только четвертью своих генов с братьями и сестрами. Однако во всех семьях медоносных пчел преобладают самки, а самцы появляются редко и малочисленны — на это можно не обращать внимания.
В результате получается, что с точки зрения генетического развития пчелам «выгоднее» выращивать больше сестер, чем дочерей. Если у них слишком много сестер, им больше не нужно иметь дочерей. Именно так поступают рабочие пчелы (а также осы, медоносные пчелы и муравьи).
Конечно, пчелы не думали о «прибыли» или генах. Проще говоря, если у человека был ген «альтруизма», то этот ген не пропадал предсказуемо, а, наоборот, с каждым поколением все больше и больше распространялся в популяции.
Как видите, теория Дарвина применима и к социальным пчелам. Кроме того, это может объяснить, почему у перепончатокрылых так много социальных насекомых, а у бабочек — нет. Причина в том, что у этих мотыльков половое наследование происходит как у млекопитающих: с помощью двух половых хромосом.
Проблема 1.
Все муравьи считаются социальными насекомыми. Однако некоторые виды являются не рабочими, а просто солдатами, не способными ухаживать за своими личинками, находить пищу или даже питаться самостоятельно. Примером может служить амазонский тропический муравей. Как же они выживают?
Подсказка: рабочие муравьи верны «своему» гнезду и отличают свою семью (других рабочих муравьев, солдат, матерей и т.д.) от чужаков по запаху. Однако они считают муравейники, вылупившиеся из их детенышей, своими собственными.
Муравьи-амазонки стали абсолютными рабовладельцами. Их вооруженные солдаты совершают набеги на муравейники других видов, убивают охранников, забирают личинок и куколок и заканчивают трапезу в гнезде (из рабов, захваченных в предыдущих набегах). Появившись из своих коконов, рабочие муравьи запоминают запах амазонского гнезда как «свой», считают своих родных сестер, оставшихся в материнской колонии, нарушителями и преданно работают на новую колонию.
Задача 2.
Помимо муравьев, имеющих только солдат, некоторые муравьи в ходе эволюции полностью утратили свои стерильные органы, оставив только самцов и королев. Однако, как и матери обычных муравьев, они не могут даже обеспечить надлежащее обслуживание, не говоря уже о выкармливании собственных личинок. Как выживают такие виды?
Совет: Муравьи обладают отличной системой распознавания запаха «друг или враг», но, как и любую защитную систему, их можно обмануть.
Эти муравьи стали «социальными вредителями». Муравьиная королева входит в гнездо обычного вида муравьев. Рабочие муравьи принимают муравьев из-за их похожего запаха и начинают ухаживать за ними так же, как за своей собственной королевой. Все, что остается паразиту, — это отложить яйца, за которыми ухаживают местные работники. Затем новое поколение самцов и самок покидает муравейник, чтобы вновь присоединиться к новому поколению.
