Химические сигналы у насекомых

Известно, что размножающиеся самки общественных насекомых выделяют какие-то вещества, блокирующие размножение рабочих особей, однако природа этих веществ была установлена лишь у единичных видов. Международная команда ученых показала, что в разных группах перепончатокрылых, перешедших к эусоциальности независимо друг от друга, царицы используют для подавления репродуктивной функции рабочих похожие углеводородные феромоны. Эволюционная консервативность этих химических сигналов говорит о том, что отказ рабочих от размножения служил генетическим интересам не только царицы, но и самих рабочих, и поэтому касты не вступали друг с другом в «эволюционную гонку вооружений». У предков общественных перепончатокрылых эти вещества, по-видимому, служили обычными женскими феромонами и использовались самками для демонстрации своей готовности к размножению и привлечения самцов.

Международному коллективу исследователей из Бельгии, Австралии, США, Франции и Великобритании удалось получить недостающие данные в ходе изучения веществ, выделяемых царицами трех видов эусоциальных перепончатокрылых: обыкновенной осы, земляного шмеля и муравья-бегунка (рис. 1). Авторы сравнивали наборы органических молекул на кутикуле цариц и рабочих и отбирали те вещества, которых царицы производят больше, чем рабочие. Особое внимание уделялось углеводородам. Отобранные таким образом вещества затем искусственно синтезировались в достаточных количествах для экспериментального изучения их влияния на репродуктивную функцию.

Вещества испытывали на способность подавлять развитие яичников у рабочих трех изучаемых видов (напомним, что у перепончатокрылых рабочие всегда женского пола, а самцы ни на что не годны, кроме размножения). Для этого авторы использовали семьи, из которых были удалены царицы. В гнезда ежедневно поставлялось небольшое количество одного из «царских» феромонов (примерно столько, сколько производится одной маткой), растворенного в пентане. Контрольные семьи получали такое же количество чистого пентана. По прошествии достаточного времени, чтобы у рабочих развились яичники (от двух до трех недель у разных видов), рабочих вскрывали и сравнивали процент особей с развитыми и неразвитыми яичниками в опыте и контроле.

В результате удалось выявить несколько веществ, препятствующих развитию яичников у рабочих. Эти вещества действуют на репродуктивные способности рабочих так же, как присутствие живой царицы. Все вещества оказались насыщенными углеводородами с длинными молекулами, линейными или с одной боковой метильной группой. Такую же структуру имеют и выявленные ранее «царские феромоны», не позволяющие размножаться рабочим земляным муравьям Lasius.

Почти наверняка эти химические сигналы раньше служили обычными женскими половыми феромонами. Самки одиночных насекомых часто используют углеводородные феромоны для информирования сородичей о своей фертильности (готовности к размножению). Это полезно для привлечения самцов, а иногда может пригодиться и для отпугивания самок-конкуренток. Например, самки паразитов-наездников, откладывающие яйца в тела других насекомых, при помощи углеводородных феромонов информируют конкуренток о том, что в данную жертву яйцо уже отложено. Наездники, кстати, тоже относятся к отряду перепончатокрылых. Так или иначе, производство фертильными самками специфических кутикулярных углеводородов — общее свойство многих насекомых. Не исключено, что изначально эти вещества не были даже феромонами, а лишь случайным побочным продуктом активной работы яичников.

Исследование заставляет задуматься и об общих закономерностях эволюции систем коммуникации. В данном случае произошедшее изменение было основано не на том, что передаваемый сигнал изменился или стал нести какую-то новую информацию, а на том, что воспринимающая сторона стала по-новому на него реагировать в соответствии с собственными генетическими интересами.