Феномен медоносной пчелы. Биология суперорганизма

Воспроизводство и половое размножение – это два различных и, по сути, независимых процесса. Воспроизводство может происходить без полового размножения, а половое размножение – без воспроизводства. Воспроизводство – это точное копирование. Деление клетки – самый простой способ осуществить копирование. Половое размножение, напротив, основано на слиянии половых клеток двух особей разного пола и приводит к увеличению разнообразия в популяции посредством этих комбинаций. Это разнообразие важно, потому что оно предлагает процессу отбора широкий спектр возможностей для выбора и поддержания процесса эволюции. Мутации в геноме обладают тем же эффектом, но они не могут быть индуцированы и возникают и локализуются случайным образом. Половое размножение не зависит от такого случая, и его результатом гарантированно являются новые варианты при каждом событии оплодотворения.

Как правило, более высокоорганизованные животные сочетают воспроизводство с половым размножением, поэтому независимость процессов полового размножения и воспроизводства может показаться неосуществимым явлением. Однако половое размножение без воспроизводства осуществляется одноклеточными формами жизни: два одноклеточных организма сливаются друг с другом, обмениваются генетическим материалом, а затем разделяются. Результат этого слияния – опять же два одноклеточных организма, так что никакого воспроизводства не произошло, но из-за обмена генетическим материалом возникают генетически новые варианты, и, следовательно, разнообразие в популяции возрастает.

Воспроизводство и половое размножение

Из-за своего необычного воспроизводства и полового размножения колонии медоносных пчел и родственных им безжалых пчел из тропиков занимают особое место в животном мире. Обычно при половом размножении животные спариваются друг с другом, а потомство от этого спаривания, получив соответствующую возможность, также размножается и тем самым дает начало следующему поколению.

Однако у медоносных пчел дела обстоят иначе.

Давайте проведем небольшой мысленный эксперимент: если все бесплодные особи в колонии медоносных пчел внезапно станут невидимыми для наблюдателя, то всем, что было бы видно в целом улье, окажется единственная одинокая самка – матка. Один раз в год эта самка выращивала бы от одной до трех дочерей, каждая из которых спустя год стала бы размножаться таким же образом – либо в старом улье, либо в каком-то новом месте. Каждое лето тысячи самцов пчел, или трутней, появлялись бы на свет и покидали улей, чтобы спариться с молодыми матками из соседних ульев (рис. 2.1).

С этой точки зрения половое поведение и размножение медоносных пчел показались бы ничем не примечательным явлением, если бы не (1) удивительно малое число способных к размножению самок, (2) факт, что эти самки живут много лет, при том что самцы присутствуют лишь на коротком отрезке времени, и (3) существование резко выраженного дисбаланса по количеству самок и самцов. Также примечательно, что последовательные поколения репродуктивных самок разделены чередующимися друг с другом короткими и гораздо более продолжительными периодами.

Две или три дочери в течение периода размножения – это на удивление мало по сравнению с другими насекомыми, у которых отдельно взятая самка может произвести на свет до десяти тысяч способных к размножению потомков, делящихся приблизительно поровну на самцов и самок. В процессе размножения самки животных явно ценнее, чем самцы, потому что самцы – это источник дешевых, массово вырабатываемых сперматозоидов, тогда как самки производят относительно небольшое количество дорогих яйцеклеток. С чисто технической точки зрения весьма небольшого количества самцов в любой популяции было бы достаточно для оплодотворения всех самок.

Это делает ситуацию со столь немногочисленными самками и таким множеством самцов, которую мы наблюдаем у медоносных пчел, еще более удивительной. Обратное состояние было бы легче понять, потому что немногие самцы могут произвести достаточно спермы для оплодотворения всех яйцеклеток. Регулярное чередование коротких и длительных периодов времени между появлениями плодовитых самок, маток, также будет поводом для удивления. Большинство других животных дает столько поколений, сколько позволяют их физиология и окружающая среда за то или иное время. Почему же медоносные пчелы выбрали этот уникальный путь?

Выращивание столь небольшого количества потомков-самок чрезвычайно опасно во многих отношениях. Согласно Чарльзу Дарвину, производство в избыточном количестве многочисленных, отличающихся друг от друга потомков – важное требование для эволюции. В этом отношении медоносные пчелы отличаются умеренностью, из чего следует, что у медоносной пчелы существует лишь ограниченный спектр изменчивости, предоставляющий процессу отбора очень мало возможностей выбора. Кроме того, немногочисленное потомство может быть полностью уничтожено, и его гены исчезнут из генофонда.