) почти непрерывно очищают пчелы из ее свиты. В колонии она меньше всех может позволить себе заболеть
Рис. 10.9 Тщательная очистка пустых ячеек, в которые матка будет откладывать яйца, – это особенность поведения, важная для здоровья колонии
Однако болезни могут также изменять поведение. В Средние века во время эпидемий люди покидали города и уходили на открытую местность – это была стратегия, которая замедляла распространение болезни. Медоносные пчелы также демонстрируют изменения в поведении после начала болезни. Инфекции или заражение паразитами, которые влияют на способность ориентироваться у отдельных пчел, смертельны для них. Больные пчелы не могут найти обратный путь в свои колонии после вылета на сбор корма. Они остаются в поле и гибнут там.
Этот метод самоочищения колоний может вызвать проблемы, если пчеловоды размещают их близко друг к другу и больные пчелы находят не собственные, а другие ульи по соседству, в которые проникают (рис. 10.12). Тогда механизм, созданный природой для изоляции болезни, становится способом распространения инфекции на соседние ульи. Деятельность пчел-сторожей в какой-то степени снижает остроту проблемы, но не решает ее полностью.
Рис. 10.10 Мертвые личинки или куколки быстро обнаруживаются и удаляются из улья
Рис. 10.11 Взрослые пчелы, умирающие в гнезде, запускают чистящее поведение у других пчел, которые выступают в роли могильщиков, выбрасывая трупы из улья
Рис. 10.12 По сравнению с дикими популяциями культурные пчелиные колонии содержатся вблизи друг друга ради удобства. Это может привести к быстрому распространению болезни среди колоний
Разделение труда, децентрализованное управление и явление эмерджентности
Разделение труда (см. главы 2 и 8) – это один из секретов успеха насекомых, образующих колонии. У медоносных пчел оно появляется как результат возрастных предпочтений в выполнении тех или иных задач. Очевиднее всего распознается деятельность более старых пчел в роли сборщиц, но, хотя это в принципе справедливо для большинства специальных задач в колонии, в таком разделении существует высокая степень гибкости. Если убрать из колонии всех молодых пчел, некоторые из старых пчел «омолодятся» и у них разовьются действующие железы, выделяющие питательные вещества, и даже активные восковые железы. Удаление всех старых пчел приводит к тому, что молодые особи очень быстро становятся сборщицами. Эта способность системы к адаптации опирается на генетический компонент, выражая себя в преднамеренном выращивании узких специалистов в непропорциональных количествах.
Присутствие специализированных особей не гарантирует их исключительной занятости по профилю в сообществе. Похоже, медоносные пчелы любого возраста и специальности знают, что именно, а также когда, где и сколько необходимо сделать. Последовательность связанных с возрастом занятий в жизни медоносной пчелы образует лишь общую схему, в пределах которой колония пчел может удовлетворять все свои потребности. Объем и характер работ в пчелиной колонии настолько тесно связаны с количеством энергии, затраченной на их выполнение, что можно задать вопрос о том, каким образом деятельность пчел соответствует потребностям. Кто же отдает приказы и кто гарантирует, что приказы выполняются правильно?
Ответ выглядит простым. Матка-«королева», как понятно из ее названия, возглавляет колонию. Однако невозможно выявить ни одной иерархической цепочки, начинающейся с матки, за одним исключением: плодовитая матка выделяет из своих верхнечелюстных желез так называемое маточное вещество, которое распределяется среди всех пчел улья посредством трофаллаксиса и предотвращает развитие яичников у рабочих особей. Это гарантирует ее репродуктивное господство в улье, за исключением появления очень редких яйцекладущих рабочих особей.
Эта ситуация представляет собой не командную структуру в плане принятия решений, а лишь физиологическую реакцию пчел на феромоны, хотя большое количество пчел, на которых оказывается влияние, создает впечатление правящего монарха.
Колонии не организованы иерархическим путем. Коллективное поведение пчел децентрализовано. Каждая пчелиная особь ведет себя так, как если бы она сама решила что-то сделать. Результаты этих решений – небольшие локальные изменения в колонии. Эти изменения, в свою очередь, становятся стимулами для других пчел, которые приспосабливаются к новой локальной ситуации и принимают собственные решения. Видимое макроповедение колонии складывается из этих многочисленных малых решений. Роение, строительство и использование сотов, исследование окрестностей улья – все это представляет собой такие формы макроповедения колонии (рис. 10.13, 10.14, 10.15, 10.16).
Качественно новые свойства, которые возникают вследствие взаимодействия участников такой системы, определяются как эмерджентность. Макроповедение системы возникает как эмерджентный результат множества маленьких шагов снизу вверх, а не сверху вниз.
Эмерджентные свойства, которые не дают системе преимуществ, бесцельны, словно чудесно эмерджентные узоры снежного кристалла. Естественный отбор среди пчелиных колоний гарантирует, что их макроповедение является адаптивным и полезным для колонии.
Поведение суперорганизмов может показаться стороннему наблюдателю разумным, потому что кажется, будто они находят подходящие решения для задач и проблем. Это поведение суперорганизмов названо коллективным разумом.
Изучение коллективного разума суперорганизмов преподносит биологам поразительные догадки, а также продолжает быть предметом значительного интереса со стороны многих математических и технических субдисциплин. В случае с суперорганизмами маленькие элементы с ограниченными способностями, взаимодействующие со своим окружением и находящиеся среди других сходных элементов, приходят посредством этих микродействий к микрорешениям, закладывая основу для «искусственного интеллекта» машин, к которому относится особый случай «роевого интеллекта».
Рис. 10.13 Образование роя у медоносных пчел привело к появлению термина «роевой интеллект»
Рис. 10.14 Строительство сотов – материальное выражение коллективной деятельности членов колонии
Рис. 10.15 Использование сотов оптимизировано путем обоюдного взаимодействия между пчелами
Рис. 10.16 Обмен информацией – это основа координации поведения
Догадки математиков и инженеров, которые занимаются сложными компьютерными системами, заставили и биологов искать механизмы с формальными принципами и правилами, которые природа успешно заложила в собственные сложные суперорганизмы.
Медоносные пчелы – это не только интереснейший и важный фактор природной среды. Их системы управления, объединенные в сеть, позволяют наблюдать процессы решения сложных задач, которые могут послужить образцовыми моделями в технике, – это еще один захватывающий аспект феномена медоносной пчелы.
Геном медоносной пчелы был расшифрован полностью. Буквы обозначают азотистые основания аденин (A), гуанин (G), цитозин (C) и тимин (T), а последовательность букв – это текст, который переводится в белковые строительные блоки. На этой странице воспроизведена часть генома, используемая медоносными пчелами для создания элементов маточного молочка, хранящегося в их верхнечелюстных железах (см. главу 6).
ЭпилогБудущее для пчел и человечества
Интерес человечества к медоносным пчелам очень древний, и пчелы были важны для наших предков главным образом из-за меда и воска. В современную эпоху интерес к пчелам переживает настоящее возрождение по самым разным причинам. Говорят, что Альберт Эйнштейн (1879–1955) сказал: «Когда на Земле исчезнут пчелы, человечеству останется жить лишь еще четыре года; нет пчел, нет опыления, нет растений, нет животных, нет людей…»[9] Эту фразу не следует принимать слишком буквально (по крайней мере, когда речь идет о времени), но в этом утверждении заключено не так уж и мало правды. Пчелы – это чувствительные индикаторы ненарушенной окружающей среды, и как ключевые виды, непрерывно определяющие ее облик, обладают значением, которое невозможно переоценить.
• Мы все больше и больше понимаем, насколько важны медоносные пчелы для поддержания биологического разнообразия. Даже если эстетически прекрасный и красочно цветущий луг не станет хорошим аргументом для некоторых людей, тот факт, что деятельность пчел простирается вплоть до бифштекса на наших тарелках, должен заставить нас задуматься. Качество говядины улучшается в присутствии медоносных пчел, потому что они гарантируют разнообразие растений на полях. Это лишь один пример далеко простирающегося влияния медоносных пчел на естественные и искусственные экосистемы.
• Без медоносных пчел в наших широтах управление все более и более важными возобновляемыми ресурсами окажется невозможным. Человечество и медоносные пчелы зависят друг от друга, и стабильное сельское хозяйство не может существовать без медоносных пчел.
• Здоровье медоносных пчел используется как индикатор состояния созданной человеком окружающей среды, в которой он должен жить.
• Медоносные пчелы вызывают восхищение и стимулируют интерес молодых людей к сложным биологическим взаимосвязям, чтобы со временем они смогли взять на себя ответственность за принятие окружающей среды в свои руки и поддержание ее в пригодном для жизни состоянии.
• В фундаментальных исследованиях медоносная пчела – это неисчерпаемый источник, из которого можно брать идеи для применения в технике и который дает представление о внутренней организации биологически успешных суперорганизмов.
• Медоносные пчелы предлагают нашему вниманию целый перечень возможностей для теоретических исследований в биомедицинской области: изучение их иммунной системы открывает перспективы получения важных для людей знаний и хорошо подходит для исследования фундаментальных проблем. Резко выраженные отличия в продолжительности жизни у пчел с одинаковым набором генов, когда они подвергаются действию различных условий окружающей среды, открывают возможности для исследований в области старения. Оптимальная температура для выращивания куколок пчел, которая замечательно близка к температуре нашего собственного тела, ставит множество интересных вопросов.