Тайны осиного гнезда. Причудливый мир самых недооцененных насекомых

Если все эти разговоры о генах, механизмах и ассимиляции не произвели на вас впечатления, то давайте представим, что перед вами тарелка вкусной пасты альденте, и я объясню все еще раз: по аналогии с макаронами очень легко представить, как консервативный эволюционный инструментарий дает начало биологическим инновациям. Макаронные изделия – это один из самых древних переработанных пищевых продуктов, появившийся примерно в 1100 году до нашей эры. Макароны готовят из пресного теста из пшеничной муки с добавлением небольшого количества яиц и воды. «Изначальное» происхождение макарон – это предмет горячих споров (особенно тот момент, что они, вероятнее всего, происходят из Китая, а не из Италии), но большинство сходится в том, что первые макаронные изделия были листовыми, наподобие сегодняшней лазаньи. Однако достаточно нескольких взмахов острого ножа – и появляются макароны в форме лент или лапши, которые удерживают подаваемый с ними соус совсем не так, как листы, похожие на лазанью, и некоторые блюда в итоге становятся вкуснее.

Это нововведение возникло благодаря новому способу использования базового (предкового) «инструментария» листовой пасты. В течение последующих 500 лет в производстве макаронных изделий почти не было инноваций, потому что их изготовление оставалось очень трудоемким: иными словами, их развитие было ограничено регуляторными процессами, которые определяли их конструкцию. Однако в XV веке в машиностроении возникла значительная «мутация» – в это время был изобретен экструзионный пресс. В сочетании с ним «базовый инструментарий» макарон легко и быстро реорганизовался, и стало возможно изготавливать макаронные изделия самой разной формы и текстуры: такие инновации вызвали масштабный рост многообразия макаронных изделий, и все благодаря единственному, но глубокому изменению в регуляторном процессе – экструзионному прессу.

Как же история макарон объясняет, почему яичники осы могли послужить основой для эволюции каст? Наша одиночная предковая веспидная оса (похожая на Zethus

) условно соответствует древней листовой «лазанье», которая еще не разрезана на ленты или лапшу: она пока не разделилась на касты маток и рабочих особей, которые появятся у насекомых с простыми сообществами (похожих на Polistes). А макаронные инновации, ставшие возможными благодаря экструзионному прессу, можно сопоставить с таким вариантом развития, при котором вид встает на путь общественной жизни и превращается в суперорганизм (как привычные нам полосатые обитатели чердаков). К этому времени интересы выживания у членов группы уже настолько глубоко переплетены и взаимозависимы, что им сложно (наверное, даже невозможно) вернуться к не-общественной жизни. Это основной эволюционный переход насекомых к жизни, посвященной служению суперорганизму. Эволюционный эквивалент макаронной «индустриальной революции» заключен в геномах: гены модифицируются, а семейства генов расширяются и увеличивают свое многообразие, создавая регуляторный механизм, который выглядит уже совсем не так, как исходный «рабочий чертеж» одиночной осы.

Идеи – это здорово, однако до тех пор, пока они экспериментально не проверены, это лишь слова. Действительно ли секрет эволюции общественной жизни скрыт в яичниках одиночной осы или это всего лишь интересный сюжет, далекий от реальности? С тех пор как Мэри Джейн Уэст-Эберхард впервые сформулировала свою гипотезу, прошло 40 лет, и пока мы достигли лишь скромных успехов в ее проверке. Дело в том, что для проверки этих идей не хватало возможности исследовать взаимосвязи между геномом и фенотипом. Процесс набрал обороты лишь на рубеже столетий, когда появление новых методов в молекулярной биологии ознаменовало возможность изучения на генном уровне любого организма (а не только плодовых мушек, червей и мышей).

В начале 2000-х я была молодой аспиранткой-исследовательницей, страстно увлеченной осами, и мне очень хотелось запрыгнуть на подножку поезда социогеномики – скоростного транспорта, который позволял ученым изучать общественную жизнь с позиций молекулярного анализа. Я получила независимую стипендию на исследования, которая позволила мне вернуться в Панаму, чтобы поработать с осами Polistes. Мэри Джейн была моим научным руководителем и, к моему удивлению, регулярно составляла мне компанию во время полевых исследований. Когда не требовалось меня успокаивать (пока мы дрейфовали в разбитых лодках по Панамскому каналу) или спасать ситуацию с помощью ее безупречного испанского (когда наш участок для полевых исследований, заброшенный на вид, оккупировали десяток рабочих, повесивших там свои гамаки), мы много разговаривали об осах, яичниках и поведении. Моей целью было проверить, является ли поведение матки и рабочей особи в сообществах Polistes следствием различий в экспрессии их общих генов.