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

в генах или вариантах генов – на протяжении всей их жизни гены не меняются. Каждая оса проявляла различные формы поведения в ответ на сигналы как из собственной внутренней среды (есть ли у них зрелое яйцо или нет), так и из внешней среды (есть ли рядом соседская ячейка, которую можно разграбить). Иными словами, в зависимости от контекста один и тот же геном порождал различные модели поведения.

Сегодня мы все лучше понимаем, как работает зависимая от контекста экспрессия генов[127]. Секрет кроется в РНК (рибонуклеиновой кислоте), которую можно сравнить с личностью, скрывающейся в тени ДНК. Подобно тому, как ваше настроение может быстро поменяться, если что-то изменится в вашем окружении, РНК очень динамична и может быстро реагировать на происходящее вокруг нее. РНК определяет, каким образом в тот или иной момент экспрессируется генетическая информация, которую несет в себе последовательность ДНК, – она делает это путем копирования кода ДНК и его преобразования в такой продукт, как белок. Если активность гена меняется[128], меняется также количество вырабатываемого им белка.

В последние годы ученые выявили различные компоненты генома, которые влияют на процесс экспрессии генов. Один из них включает химические модификации, внесенные в гены, – словно стикер-закладка в книге, указывающий, куда внести исправления. Добавление или удаление определенных химических веществ может оказать значительное воздействие на ген. Для описания этого процесса используется термин «эпигенетика»: epi- на древнегреческом означает «сверху» или «на», и занимается эпигенетика как раз тем, что добавляется «поверх» генома (или удаляется).

В 1970-е годы ученые мало что знали об эпигенетике и о том, как такие химические вещества позволяют геному быстро и динамично принимать разные обличья. Более того, лишь в 2017 году было обнаружено, что молекулярные механизмы, вызывающие у плодовой мушки поведение «домоседа» и «бродяги», включают взаимодействие между эпигенетическими метками[129] и генетическими вариантами, которые были идентифицированы за 20 лет до этого. Поэтому, возможно, неудивительно, что вдохновленная Zethus Мэри Джейн более десяти лет размышляла об эволюции общественного образа жизни. Лишь в конце 1980-х на основе своих наблюдений за естественной историей этой малоизвестной неотропической осы[130] она смогла наглядно показать, как гибкие формы поведения должны проявляться в зависимости от условий и как циклы развития яичников, унаследованные от одиночных ос, могут обеспечить механистический «исходный план» для развития каст матки и рабочих особей[131].

Такой исходный план можно рассматривать как рабочий чертеж – руководство по созданию чего-либо, дизайн или шаблон, которому легко следовать и который можно копировать и при необходимости адаптировать. Вы делаете копию рабочего чертежа каждый раз, когда пользуетесь ксероксом. Эволюция использует принцип рабочих чертежей во многих целях: исходная копия может содержать инструкции по созданию симметричной формы тела у червя или определенного расположения цветовых узоров на крыле бабочки. Эволюция может воспользоваться готовой схемой, связывающей развитие яичников с поведением, и перераспределить различные ее компоненты для создания каст общественного вида.

Однако осы на бугенвиллеях были всего лишь верхушкой интеллектуального айсберга Мэри Джейн: в 2003 году она опубликовала 800-страничное собрание данных по этому вопросу – эпохальную книгу «Пластичность и эволюция индивидуального развития» (Developmental Plasticity and Evolution)[132], которая кардинально изменила наше представление о взаимодействии между генами, окружающей средой и пластичностью в поведении. И все это благодаря тому, что Мэри Джейн отвлеклась от болтовни с другими родителями детсадовцев и обратила внимание на осу, которую до этого никто не удосужился изучить.

Идея, что уже существующие регуляторные процессы могут использоваться для создания поведенческих инноваций, многое объясняет в эволюции жизни в целом. Проще говоря, самый легкий способ приобрести в ходе эволюции новые особенности – это заимствовать их из уже существующей базы. Измените порядок процессов развития или переупорядочите их, найдя новое применение уже существующим генам или генным сетям, которые управляют физиологией, поведением или морфологией, – и, если вам повезет, в результате организм приобретет свойства, дающие ему адаптивное преимущество, а значит, следующему поколению будет передано больше генов. Другими словами, одиночная оса предоставила материальную базу – от регуляторных механизмов до физиологических и поведенческих реакций, – которой и воспользовалась эволюция, создавая касты матки и рабочих особей.

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