«Чому бджоли громадські, а метелики ні?»

Ми всі прекрасно знаємо, що бджоли і мурахи — громадські комахи. Вони живуть великими сім’ями, що складаються з розмножується матки, або «цариці», (у деяких видів мурахів маток кілька або багато) і безлічі робітників, які розмножуватися не здатні, але зате виконують всі корисні роботи: від видобутку їжі до догляду за личинками.

Знаємо ми і те, що предки громадських комах були одиночними і поступово в процесі еволюції виробили такі складні суспільства. Досі в загоні перепончатокрилих, до якого належать оси, бджоли, джмелі та мурахи, є безліч перехідних форм від одиночних комах до громадських.

На початковому етапі молоді бджоли з першого виводка допомагають матері виростити наступний, а потім розлітаються хто куди і будують власні гнізди. А надалі помічниці перестають розлітатися і до кінця життя допомагають матері, не відкладаючи яєць.

Як же у процесі еволюції комахи «перескочили» на цей етап? Адже на перший погляд такий перехід повністю суперечить теорії природного відбору. Нагадаємо коротко її суть: якщо гени якоїсь особини забезпечують розвиток у неї корисних ознак, то у неї буде багато нащадків, і в наступному поколінні виявиться багато носіїв цих «корисних» генів. Вони знову залишать багато нащадків, і знову, і знову. Якщо ж гени кодують якісь невигідні ознаки, то нащадків у такої особини буде мало, і з кожним поколінням частка цих генів буде зменшуватися, поки вони зовсім не зникнуть. Нові варіанти генів з’являються за рахунок мутацій, а природний відбір визначає, які з них корисні і гідні існування, а які шкідливі, і їм судилося зникнути.

Однак, припустимо, у якоїсь бджоли в результаті мутації з’явився ген альтруїзму — прагнення допомагати мамі у догляді за личинками. Причому так допомагати, що навіть «забути» про власне розмноження. Це чудово: мама завдяки допомозі старшої дочки виростить багато молодих бджіл. Ось тільки наша мутантна помічниця свої гени нащадкам не передасть — ці гени помруть разом з нею. Еволюція суспільних комах закінчиться, не встигнувши початися.

Що ж, теорія Дарвіна невірна? Не поспішайте, — відповідають вчені-еволюціоністи, — не забувайте, що молоді бджоли, яких виростить наша мутантка-альтруїстка, — її рідні сестри. Може бути, хоч у деяких з них теж є цей ген альтруїзму? І помічниця, навіть не залишаючи власного потомства, продовжить свої гени? Так-то воно так, але носійки «гена егоїзму» залишать більше нащадків, ніж носійки «гена альтруїзму». Та й взагалі: сестри чи то несуть в собі ці гени, чи то не несуть, а власні нащадки вже точно твої гени успадкують.

У випадку з «нормальними» тваринами все саме так. Тому у більшості громадських тварин і немає поділу на плодовитих маток і безплідних робітників. У зграї мавп, наприклад, розмножуються всі особини. Як і в колонії чайок.

Але перепончатокрилі — не такі, як усі. У них зовсім інакше відбувається визначення статі. Як відомо, у ссавців підлога задається двома статевими хромосомами: X і Y. Якщо дитині дісталася X-хромосома від мами і Y-хромосома від тата, він буде хлопчиком. Якщо дві X-хромосоми — дівчинкою. Дві Y-хромосоми дістатися йому не можуть, тому що у мами такої хромосоми немає, обидві її хромосоми — Х (рис. 1).

Ріс. 1. Схема спадкування підлоги у людини (а) і у бджіл (б)

А у перепончатокрылых пол определяется… числом хромосом. У самок (і робітників, які являють собою безплідних самок) — подвійний набір, хромосома кожного типу представлена в двох екземплярах. А у самця — одинарний, по одній хромосомі кожного типу. Якщо самка відкладає запліднені яйця, в них об’єднуються один набір від матері і один від батька — виходять самки з подвійним набором. А якщо самців немає, самиця відкладає неоплодотворені яйця з одинарним набором хромосом — і самці з’являються! Дуже зручно.

Ріс. 2

Як це пов’язано з переходом до суспільного способу життя? А ось як. Давайте подивимося, наскільки споріднені один одному батьки-діти і брати-сестри у нас, ссавців, і у бджіл. У людини дитина отримує половину хромосом матері і половину — батька (рис. 2). Значить, з кожним з батьків у нього половина загальних генів. З сестрами-братами справа складніша. Теоретично одна сестра (або брат, зараз це не важливо) може отримати від мами одну половину хромосом (умовно назвемо їх «лівими», тому що на схемі вони намальовані зліва), а друга — іншу («праві»). Тоді у сестер (або братів) зовсім не виявиться однакових материнських генів. З іншого боку, можливо і таке, що обом сестрам дістануться одні й ті ж «ліві» або «праві» хромосоми, тоді їх гени будуть повністю ідентичні. Насправді ймовірність таких крайніх варіантів дуже мала — хромосоми розподіляються між нащадками випадково. І в середньому у двох братів-сестер збігається приблизно чверть материнських генів. І приблизно чверть батьківських. У сумі — половина. Отже, і батьки з дітьми, і брати з сестрами у ссавців мають в середньому половину загальних генів.

Рис. 3

А як у перепончатокрилих (рис. 3)? Від мами — та ж загальна чверть (в середньому), а від тата — всі сто відсотків! У нього просто немає інших варіантів: кожна його хромосома представлена в одному екземплярі. Виходить, що батьки і діти у бджіл мають половину загальних генів, а сестри — три чверті! Вони один одному рідніші, ніж матері. Правда, з братами у бджіл-самок всього чверть загальних генів. Але в будь-якій бджолині сім’ї переважають самки, а самці з’являються рідко і в невеликій кількості — їх можна не враховувати.

У підсумку виходить так, що з точки зору продовження своїх генів бджеле «вигідніше» виростити побільше сестер, ніж дочок. А якщо сестер виростити дуже багато, дочок вже і зовсім немає потреби заводити. Саме так робочі бджоли (а також оси, джмелі та мурахи) і чинять.

Зрозуміло, бджоли не думали про «вигоду» і гени. Просто, якщо якась особина несла в собі ген «альтруїзму», то цей ген не пропадав, всупереч очікуванням, а, навпаки, з кожним поколінням все більше поширювався в популяції.

Як бачите, теорія Дарвіна вірна і для суспільних бджіл. Більш того, вона може пояснити, чому серед перепончатокрилих так багато громадських комах, а серед, скажімо, метеликів — жодного. Тому що у тих пів успадковується, як у ссавців: за допомогою двох статевих хромосом.

Завдання 1

Всі мурахи вважаються громадськими комахами. Але у деяких видів відсутня каста робітників — є тільки солдати, не здатні ні доглядати за личинками, ні добувати їжу, ні навіть є самостійно. Такі, наприклад, тропічні мурахи-амазонки. Як же вони виживають?

Підказка: робочі мурахи зберігають вірність «своєму» гнізду, відрізняючи за запахом членів своєї сім’ї (інших робітників, солдатів, маток тощо) від чужинців. Але «своїм» вони вважають той мурашник, в якому вийшли з лялечки: грубо кажучи, той, чий запах вперше відчули в момент вилуплення.

Відповідь

Мурахи-амазонки стали справжніми рабовласниками. Їх чудово озброєні солдати вриваються в мурашники інших видів, вбиваючи варту, виносять звідти личинок і лялечок і докармлюють їх у своєму гнізді (силами рабів, захоплених у попередніх набігах). Робітники, які вийшли з лялечок, запам’ятовують запах гнізда амазонок як «свій» і покірно працюють на нову колонію, вважаючи рідних сестер (які залишилися в материнському мурашнику) чужинцями.

Завдання 2

Крім мурахів, у яких залишилася тільки каста солдатів, є і такі види, у яких в процесі еволюції взагалі зникли безплідні особини — залишилися тільки самці і матки. При цьому вони, як і матки звичайних видів мурахів, нездатні навіть повноцінно обслуговувати самі себе, не те що вигодувати личинок. Як виживають такі види?

Підказка: як би добре не працювала у мурахів запахова система розпізнавання «свій-чужий», її, як і будь-яку іншу охоронну систему, можна обдурити…

Відповідь

Ці мурахи стали «соціальними паразитами». Матка проникає в гніздо звичайного виду мурашок, робітники якого приймають її, оскільки вона пахне схоже, і починають про неї піклуватися, як і про свої матки. Паразитці залишається тільки відкладати яйця, про які подбають місцеві робітники, а потім нове покоління самців і самок вилітає з мурашника і відправляється заселяти нові.

Художник Інга Коржнєва