Но самка пчелиного волка – это не обычная родительница. Ее вторая хитрость связана с антибиотиками. Скорее всего, вам случалось принимать такие препараты для борьбы с инфекцией. До открытия антибиотиков даже незначительная царапина могла вызвать заражение крови, которое часто приводило к летальному исходу. Антибиотики – или убийцы бактерий – на самом деле представляют собой биологически активные вторичные метаболиты, которые вырабатываются другими микроорганизмами. Их открытие Александром Флемингом в форме пенициллина в 1928 году стало революционным для борьбы с инфекционными заболеваниями. Флеминг, профессор бактериологии в больнице Святой Марии в Лондоне, случайно обнаружил антибиотические свойства гриба Penicillium chrysogenum после того, как, вернувшись из отпуска, увидел, что на его пластинках со стафилококком (бактерия, вызывающая гнойники, воспаление горла и абсцессы) поселилась плесень. Он обратил внимание на странную зону вокруг расселившейся плесени, где стафилококка не было – словно какое-то силовое поле не давало ему разрастаться дальше.
Силовое поле было создано выделениями грибка Penicillium chrysogenum, который, как выяснилось, оказывает аналогичное воздействие на широкий спектр вредных бактерий, включая Streptococcus, Meningococcus и дифтерийную палочку. Прошло еще 13 лет, и уже другая группа ученых из Оксфордского университета – Ховард Флори, Эрнст Чейн, Норман Хитли и команда «пенициллиновых девочек»[96] – превратила случайное открытие Флеминга в нечто клинически полезное, что в дальнейшем спасло миллионы жизней, особенно во время Второй мировой войны, и сделало его одним из величайших достижений в терапевтической медицине.
В наше время ежегодно производится более 100 000 тонн антибиотиков для использования в сельском хозяйстве, пищевой промышленности и здравоохранении, и теперь мы сталкиваемся с проблемой эволюции бактерий, которые приобретают устойчивость к наиболее распространенным антибиотикам. Мы нередко забываем, что антибиотические продукты микробов и грибков представляют собой естественное явление: живые организмы вырабатывают их наряду с другими полезными биологически активными агентами, такими как противогрибковые, противовирусные соединения и иммунодепрессанты, для борьбы с другими микроорганизмами, с которыми они вступают в контакт. Как и любые другие живые организмы, микроскопические бактерии эволюционируют в ответ на изменения в окружающей среде, чтобы максимально к ней приспособиться. Случайные генетические мутации дают новым штаммам бактерий способность противостоять токсичности антибиотиков. Эти мутантные варианты выживают и превращаются в доминирующий генотип в популяции. Мы бы лучше могли прогнозировать устойчивость бактерий к антибиотикам и контролировать ее, если бы больше понимали экологию и эволюцию антибиотиков.
Пчелиные волки внесли удивительный вклад в наше понимание этого вопроса. Осы-матери вводят своему спеленатому потомству антибиотики из собственных антенн. На самках пчелиного волка живут бактерии Streptomyces, которые под микроскопом выглядят как нити хаотичного длинноворсового ковра. Важно отметить, что именно один из видов рода Streptomyces (Streptomyces griseus) вырабатывает антибиотик стрептомицин – второй по полезности в медицине, открытый после пенициллина в 1942 году. В наше время из Streptomyces получают 80 % лекарственных антибиотиков.
Чему может научить нас пчелиный волк, если говорить об этих микробах, важных с точки зрения медицины? Мама – пчелиный волк выделяет бактерии Streptomyces из отверстий желез между сегментами антенн и оставляет их на стенках кокона своего потомства в виде беловатых масс. Первоначально считалось, что эти отметки служат ориентирами для выводящейся осы, помогая ей найти выход из своей детской. Но их роль гораздо внушительнее: эти полезные бактерии убивают любые грибы внутри кокона. Личинка прилежно размазывает отложенные матерью бактерии по всей детской (как любой малыш). Если личинка окажется самкой, она приютит эти бактерии в качестве пожизненных компаньонов; благодаря этому у нее, как и у ее мамы, будет все необходимое, чтобы уберечь свое потомство от грибков.
Этот хитроумный эволюционный механизм (известный как вертикальная передача) гарантирует, что бактерии остаются тесно связанными со своим хозяином из поколения в поколение. Так продолжалось 68 миллионов лет: эволюция не упускает хорошие инновации. Бактерии также выигрывают – они получают эксклюзивные бактериальные права на собственный дом (выводковую ячейку), где могут вволю размножаться, дальше личинка даром подвозит их до следующего поколения ос, а еще они получают пользу от пчелиного волка в плане питания. У самцов пчелиного волка нет полостей желез, в которых селятся бактерии, поэтому они расстаются с дружественными бактериями матери, когда покидают кокон, превратившись во взрослое насекомое. Это хороший пример того, как эволюция обеспечивает возможности для заботы о новом поколении в зависимости от пола: мамам-осам бактерии нужны, поскольку вся забота о потомстве лежит на них, а папы – это всего лишь летающая сперма: после спаривания их жизнь становится бесполезной, поэтому для самцов развивать такой инструментарий нет смысла.
С момента открытия этой взаимосвязи в 2005 году исследователи обнаружили те же самые коэволюционные взаимосвязи у всех 25 изученных видов Philanthus, но не у близких родственников пчелиных волков (вроде Clypeadon и некоторых Cerceris), которые не охотятся на пчел. Судя по всему, их эволюцию направляли пчелы, лакомые как для ос, так и для грибков. Взаимоотношения между бактериями и насекомыми неоднократно описаны у целого ряда насекомых, но до этого неожиданного открытия у пчелиных волков, единственными перепончатокрылыми, у которых были известны подобные замечательные отношения, оставались суперорганизмы муравьев-листорезов. Скромная одиночная оса постепенно начала завоевывать сцену в качестве модельного организма для понимания экологии и эволюции антибиотиков.
Но и это еще не все секреты аптечки пчелиного волка. Потомство осы не может распространять антибиотики по своей детской, пока не вырастет в личинку, а для этого яйцо должно вначале выжить. Эта стадия уязвима и легко может стать жертвой болезни. Каждый, кто нянчился с человеческими младенцами, знает, что они способны испускать самые ужасные запахи, каких не ожидаешь от такого маленького существа. Яйца пчелиного волка также выделяют в помещение своей детской высокотоксичный летучий газ – оксид азота. Это химическое вещество, используемое для фумигации фруктов от заражения грибками. Газ проникает во все уголки выводковой камеры, где могут прятаться грибки, и убивает их. Но не волнуйтесь, дружественные осам бактерии Streptomyces, очевидно, невосприимчивы к нему.
Оксид азота также конденсируется на поверхности тела пчелы, соединяясь с молекулой кислорода и образуя частицы высококонцентрированного диоксида азота – еще одного противомикробного средства. Из-за бальзамирования количество конденсата очень мало, и это означает, что концентрация вещества в этих капельках крайне высока, что делает их мощнейшим фунгицидом. Волшебное сочетание фумигации и бальзамирования обеспечивает потомству пчелиного волка самую чистую детскую, какая только возможна в природе[97].
Труды Фабра заставили нас окунуться в удивительный мир пчелиного волка, и его кропотливые наблюдения, несомненно, помогли проложить путь к невероятным открытиям в аптечке этого насекомого. Благодаря медицинским познаниям Леон Дюфур опередил свое время, предположив, что осы могут вырабатывать собственные антисептики. Но я думаю, что и Фабр, и Дюфур изумились бы до глубины души, узнав о биологических чудесах одиночного пчелиного волка. Химия для бальзамирования, усики с антибиотиками и токсичные ветры, испускаемые яйцами этого насекомого, поразили даже меня. Это нечто из области научной фантастики, невероятный эволюционный коктейль из химии, бактерий и поведения, скрывающий сложные секреты одного из самых замечательных фармацевтов природы.
Очень хорошо обладать таким жалом, которое может ввести целую бочку химикалий, чтобы задушить добычу. Но, задался вопросом Жан-Анри Фабр, как следует обращаться с жертвой? Как только она поймана, как и куда ее жалить? Вспомните, сколько усилий он приложил, чтобы обнаружить, что пчелиный волк ужалил свою жертву под подбородком, где в панцире был изъян. Фабр был помешан на месте и количестве уколов жалом, полагая, что таким образом ему удастся выяснить, каким образом жертва была погружена в безболезненную вечность живого сна.
Фабр имел все основания считать этот вопрос важным. Обращение с добычей требует усилий; энергия, затраченная на «обработку» определенного вида добычи, должна быть сопоставима с питательной ценностью такой жертвы. Некоторые ученые всю свою карьеру посвящали вопросу, как хищникам удается уравновесить энергетические затраты и выгоды, чтобы обеспечить себе оптимальную стратегию охоты. Выгода, которую приносит добыча, зависит от получаемой энергии в сравнении с затратами на охоту. Обращение с добычей – это лишь часть уравнения; важны также ее поиск и переноска в нужное место (обычно в нору в случае одиночной осы).
Описание того, как расправляются со своей добычей одиночные роющие осы Ammophila, составляло большую часть очерков Фабра об осах. Нужно быть особенно любознательным человеком, чтобы захотеть понять, каким образом осе удается парализовать извивающуюся «драконоподобную тварь» – гусеницу в 15 раз больше ее самой. Фабр не мог детально изучить состав яда, как мы делаем в настоящее время, но мог следить, как самка осы борется со своей жертвой, и наблюдать хореографию первого акта ее долгого танца палача. Он пришел к выводу, что тело гусеницы состоит из 13 сегментов, в каждом из которых есть собственный нервный центр. Вы тоже это знаете: если отрубить гусенице задний сегмент тела (пожалуйста, не надо этого делать) или повредить один из средних сегментов (тоже не рекомендуется), она все равно сможет уползти.