«Их строение совершенно»: российский эколог — об уникальной эволюции насекомых и коллективном разуме муравьёв и пчёл

— Австралийские учёные открыли способность муравьёв целыми колониями притворяться мёртвыми — ранее такая защитная реакция встречалась в природе только у отдельных животных или насекомых. За счёт каких механизмов муравьи так точно координируют своё коллективное поведение? 

— Так называемая стратегия обездвиживания у колоний муравьёв наблюдается впервые, ранее информации об этом не было. Отмечу, что муравьи — насекомые коллективные, живут семьями (колониями) и на сегодняшний день в мире насчитывают 13 тыс. видов муравьёв. Они отличаются друг от друга по размеру, форме, окраске, вкусовым предпочтениям, но все без исключения муравьи — общественные насекомые.

Во главе семьи стоит муравьиная матка. Есть муравьиные семьи с одной или несколькими матками. Также в муравьиной семье есть самцы и рабочие. У некоторых видов муравьёв среди рабочих особей выделяют «разведчиков», «фуражиров», «воинов», «водоносов», «нянек» и других: они ведут себя по-разному в зависимости от задачи, которую выполняют. Существуют также паразитические виды муравьёв, обитающие в гнёздах других видов, и муравьи-рабовладельцы, которые принуждают особей других видов работать на себя. В колонии муравьёв присутствует строгая иерархия — каждый занят своим делом. Некоторые учёные отмечают, что профессии муравьёв-рабочих с ростом колонии могут меняться — появляется специализация.

У муравьёв есть несколько систем общения и координации действий (или коммуникативных систем) — это химическая и нехимическая коммуникации. Химическая коммуникация осуществляется с помощью феромонов (продуктов внешней секреции, выделяемых некоторыми видами животных. — RT). Муравьи очень чувствительны к запахам, и с помощью феромонов насекомые могут не только проложить маршрут для других, но и подать сигнал тревоги. Нехимическая коммуникация — тактильная, при соприкосновении особей. Например, при передаче пищи от одного муравья другому.

Механизмы поведения муравьёв в настоящее время всё ещё не полностью изучены.

• Gettyimages.ru
• © Kevin Schafer

— Ранее учёные выяснили, что у каждой колонии муравьёв есть свой характер: в одних насекомые более активные и любознательные, в других — осторожные. Насколько вообще муравьи и пчёлы автономны? Или их колонии — единый организм? И какие ещё интересные особенности есть у таких социальных видов насекомых?

— Муравьи и пчёлы — коллективные насекомые. Можно сказать, что муравьиная или пчелиная семья представляет собой единый организм.

Именно о характере насекомых говорить сложно. Правильнее сказать, что некоторые виды насекомых более активны, чем другие. Большая или меньшая активность отдельных семей-колоний может быть связана с какими-то факторами, особенностями условий развития и существования колонии. Например, кому-то еда доставалась чуть проще, а кому-то приходилось за ней идти дальше или конкурировать с другими колониями, какие-то места колоний лучше освещены и т. п.

Также по теме

Родственные связи: учёные разгадали загадку происхождения крыльев у насекомых

Американские биологи определили, как появились крылья у насекомых. Оказалось, что у далёких ракообразных предков насекомых в...

Невозможно создать абсолютно идентичные условия развития. У муравьёв есть чёткое разделение обязанностей, и при нападении можно заметить готовность защищаться и склонность к самопожертвованию ради защиты семьи. В случае опасности для семьи муравьи спасают будущее потомство — яйца, в которых оно находится.

Социальные виды насекомых считаются более развитыми: у них сильнее развиты рефлексы и коллективное преобладает над индивидуальным.

— Проявляются ли (хотя бы отчасти и в другой форме) механизмы коллективной организации насекомых у других животных, например у волков и обезьян? Или у человека?

— У любых стайных животных, в частности у хищников, таких как волки или тигры, также наблюдается коллективная организация. Например, при охоте стаей. У людей известен психологический эффект толпы, когда люди, стоящие в ожидании зелёного света на переходе, вдруг начинают толпой идти на красный. Те же это механизмы или нет — сложно судить.

— Японские нейрофизиологи выяснили, что сложно устроенная нервная система пчёл возникла в результате эволюции множества специализированных нейронов, предком которых выступал всего один тип нервных клеток. Что известно об эволюции насекомых в целом? Когда они появились на планете, насколько изменились со временем и почему, например, древние муравьи, которых находят в янтаре, внешне почти не отличаются от современных?

— Считается, что первые насекомые на Земле появились около 400 млн лет назад. Муравьи появились позднее, около 100 млн лет назад.

Некоторые насекомые, например муравьи, почти не изменились за время эволюции. Это может означать, что их строение является совершенным для тех функций, которые они выполняют, и не нуждается в модернизации. Отсутствие трансформации позволяет предположить, что вид достиг совершенства в данных условиях, а изменения последуют при изменении условий обитания или пищевой базы. Если вид не сумеет приспособиться к новым условиям, он вымрет.

— В 1980-х годах британский писатель-фантаст Колин Уилсон опубликовал серию книг о мире, где в результате ядерной катастрофы насекомые обрели не только разум, но и гигантские размеры. А с научной точки зрения почему все насекомые относительно маленькие? Что в ходе эволюции остановило их рост?

— Отмечу, что не все насекомые маленькие, в природе встречаются и довольно крупные особи. Например, японский гигантский шершень судзумэбати величиной с воробья.

• Японский шершень судзумэбати
• Gettyimages.ru
• © Photography by Shin.T

Маленький размер позволяет насекомым эффективно скрываться от естественных врагов. Большой размер при отсутствии эффективных средств защиты нецелесообразен: крупное насекомое более заметно.

Не имеет смысла говорить об одном каком-то виде изолированно. Каждый вид занимает некоторую нишу в экосистеме, и его развитие в определённой степени ограничивается возможностями этой ниши. Если муравьи вдруг станут в 100 раз крупнее, они просто не впишутся в занимаемую ими сейчас нишу и это губительно отразится на всей экосистеме. Возможно, при кардинальном изменении условий существования любой вид, в том числе и насекомых, если не вымрет, то может очень сильно эволюционировать как в общем, так и в размерах. С другой стороны, возможно, именно малые размеры и большая численность позволяют насекомым адаптироваться к широкому спектру изменений внешних условий без эволюционных изменений.

Существуют разные мнения относительно маленького размера насекомых, однако единого подтверждённого в научном сообществе на данный момент нет.

— Про вымирание видов млекопитающих и птиц можно услышать часто, а наблюдается ли сокращение видового разнообразия среди насекомых? Если да, то как это может отразиться на экосистемах?

— Насекомые, как и животные и птицы, подвержены воздействию окружающей среды. Это может быть как антропогенное воздействие, так и воздействие природного характера. Ареал насекомых может как расширяться, так и сужаться.

Конечно, есть и вымирающие виды, и те, которые находятся под угрозой вымирания. Красная книга России содержит перечень из около 100 видов насекомых.

Насекомые играют важную роль в экосистемах, как и другие компоненты. В частности, они являются одним из звеньев пищевой цепи. Если тот или иной вид насекомых сокращается или исчезает, на его место могут прийти новые, близкие виды. Но если, например, птицы, находящиеся выше в пищевой цепочке и питающиеся исчезающим видом насекомых, не смогут приспособиться, то их популяция начнёт сокращаться и даже возможно их вымирание.

С другой стороны, насекомые выполняют и другие роли в экосистемах: опыляют растения, уничтожают падаль и т. п. Есть растения, которые могут опыляться всего одним видом насекомых.

• Gettyimages.ru
• © Jason Hosking

Природа не терпит пустоты. На место исчезающих видов приходят либо близкие, родственные виды, использующие ту же кормовую базу, которая ранее использовалась исчезающим видом, и тогда система приходит в состояние равновесия, либо появляются другие виды и выстраивается новая система, которая также должна прийти в состояние равновесия.

Однако если внешнее, в том числе антропогенное, воздействие на экосистему будет слишком сильным и исчезновение видов будет происходить быстро, то новое равновесие может не успеть появиться и произойдёт разрушение экосистем вплоть до опустынивания.

— Как человек использует насекомых? Например, можно ли с помощью насекомых-хищников оградить культурные посадки от насекомых-вредителей и применяются ли такие подходы на практике?

— Человек использует насекомых самым разным образом: от питания (что более характерно для азиатской кухни) до борьбы с другими насекомыми-вредителями. Опыт такого применения насчитывает не одно столетие. Известен, например, приём огородников — обсаживать грядки цветами, чтобы пчёлы и осы отпугивали и уничтожали насекомых–вредителей.

При завозе видов насекомых из других регионов и отсутствии их естественных врагов они могут стать бичом сельского хозяйства. Одним из решений такой проблемы может быть доставка в этот же регион естественных врагов такого инвазивного вида. При этом надо учитывать, что подобные инвазии могут не вымереть после уничтожения своих естественных врагов в новом регионе, а адаптироваться и вывести существующую природную систему из состояния равновесия, что может привести к экологической катастрофе.

Однако современный научный подход позволяет надеяться на положительный эффект такого использования насекомых без критических последствий.

— Известно, что наблюдение за насекомыми подарило инженерам много полезных технических идей. Что можно позаимствовать у насекомых? И какое ещё полезное применение они могут найти?

— Кармин, красный пищевой краситель, получают из карминовой кислоты, производимой самками насекомых группы кошенили. Дождевой червь может считаться прообразом буровой машины. Жуки из пустыни Намиб (Onymacris unguicularis) имеют личную систему сбора и хранения воды из воздуха на своём теле, то есть конденсируют влагу.

Также по теме

Живые инкубаторы: российские учёные раскрыли симбиоз между пресноводными моллюсками, насекомыми и рыбами

Российские учёные совместно с зарубежными исследователями обнаружили симбиоз между пресноводными двустворчатыми моллюсками рода...

Прообразами застёжки-липучки могут считаться как насекомые, использующие клей, так и колючие растения. В XVIII веке был придуман способ производства бумаги из альтернативных волокон — этому способствовали, в частности, осы: пережёвывая и смачивая клейкой слюной волокна древесины, эти насекомые производили прочную бумагу для своих гнёзд.

Исследуются также адаптивные способности насекомых и их способность к регенерации. Например, год назад американские учёные исследовали регенерацию имагинального крылового диска у личинок дрозофилы после воздействия ионизирующей радиации.  

Но нельзя забывать, что самое полезное применение насекомых — это их использование в естественных экосистемах.

— Европейские власти разрешили использование некоторых насекомых в пищевых целях. В целом об этом говорят как о новом тренде в пищевой индустрии. А что думают по этому поводу учёные? Насколько безопасно употреблять в пищу насекомых и какой пищевой ценностью они обладают?

— Если говорить именно о современных тенденциях в развитых странах, то они связаны со стремлением уменьшить выброс парниковых газов, поскольку крупный рогатый скот является их источником. Научная обоснованность такой замены, по моему мнению, сомнительна.

При этом в целом использование насекомых в пищу — это не что-то новое, человек делал это с глубокой древности. Конечно, такие пищевые традиции дошли до наших дней не везде, поэтому большинство современных людей не готовы есть насекомых — из брезгливости.

• Съедобные насекомые в закусочных Китая
• Gettyimages.ru
• © Artur Widak / NurPhoto

Однако для многих культур употребление в пищу не только насекомых, но и ящериц и змей и сегодня является нормой. И это не только в Азии, Австралии, Латинской Америке, но и, например, во Франции, где поедание лягушек и улиток считается естественным.

В Китае существуют целые фермы по выращиванию насекомых для продовольственных целей. Например, тараканы являются источником пищевого белка, также они же применяются в препаратах китайской народной медицины.

Есть разные насекомые с разной пищевой ценностью — одни содержат больше белка, другие в большой степени состоят из хитина. Считается, что безопасная и даже нужная норма употребления хитина — 3 г в день. Белки также бывают разные, и на большое их количество у людей возникают аллергии. Следует с особой осторожностью относиться к введению в рацион непривычной пищи.