Планета муравьёв

Обычно биологи выполняют подобные тончайшие операции с помощью микроманипуляторов – специальных инструментов, которые, передавая движения неуклюжих человеческих пальцев на микроинструменты, позволяют манипулировать под микроскопом мельчайшими объектами. Мне, честно признаться, не хватило терпения овладеть этой новой технологией, но, как оказалось, я прекрасно обошелся и без нее. Я достиг своей цели с помощью самого тонкого из всех ручных инструментов – пинцета Dumont № 5 с игольчатыми кончиками, который, в частности, используется ювелирами для работы с очень мелкими драгоценными камнями. Чтобы отделить железы от окружающей ткани, мне даже не потребовалось делать никаких осознанных движений: было достаточно обычного тремора пальцев, который незаметен для невооруженного глаза, но хорошо виден под микроскопом. Этих непроизвольных движений было достаточно, чтобы перерезать основание желез, после чего я мог осторожно перенести их в специальный физиологический раствор для дальнейшей работы.
  
Именно в процессе изучения муравьиных феромонов я вывел еще один важный принцип биологических исследований:
Чтобы открыть что-то новое, используйте метод случайного поиска – так называемую серендипность. Проводите точные и легко повторимые, но не узконаправленные эксперименты, независимо от того, будет ли их результат соответствовать вашим ожиданиям или нет. Главная цель – обнаружить ранее неизвестный феномен. Достигнув этой цели, далее вы повторяете эксперименты, осуществляете тщательные измерения, ищете другие способы проверить результат, строите и проверяете альтернативные объяснения и только после этого готовите научную публикацию или объявляете о своем открытии каким-либо другим способом.
Следование принципу серендипности в поисках следового феромона привело меня к удивительному открытию. Первым делом я сосредоточился на ядовитой железе. Наблюдения через микроскоп показали, что разведчики огненных муравьев прокладывают химическую тропу, выдвигая жало и оставляя на поверхности феромоновый след. Логично было предположить, что, поскольку жало связано с ядовитой железой, функцию следового феромона выполняет яд. Но проверка этой гипотезы дала отрицательный результат. Голодные огненные муравьи не обращали на ядовитую тропу никакого внимания. Что было более предсказуемо, проигнорировали они и содержимое других желез, расположенных в разных местах муравьиного тела.
Тогда я решил проверить еще одного кандидата – дюфурову железу, названную в честь Жана Мари Леона Дюфура, впервые описавшего ее в 1841 г. Она имеется у многих видов муравьев и ос, и ее проток открывается в основание жала. Если смотреть невооруженным глазом, она выглядит как крошечное белое пятнышко; под микроскопом напоминает сосиску. Ничто не говорило о том, что она может выполнять такую важную функцию, как секреция следовых феромонов. Но когда я вынул дюфурову железу из убитого муравья, промыл ее в физиологическом растворе, раздавил заостренным кончиком палочки-аппликатора и нарисовал ею искусственный след от входа в гнездо, результат был просто потрясающим. Муравьи хлынули из гнезда, как толпа людей из переполненного здания при сигнале пожарной тревоги, и принялись бегать туда и обратно по прочерченной мной линии.
Итак, первый контакт был установлен: активное химическое вещество вызвало искомый биологический ответ. Теперь мне нужно было взять биопробу и идентифицировать само химическое вещество. В случае успеха моя работа обещала стать настоящим прорывом – так сказать, первым словом, расшифрованным на муравьином «Розеттском камне». К счастью для меня, химики-органики незадолго до этого усовершенствовали метод анализа органических смесей, называемый газовой хроматографией, который позволяет разделить присутствующие в смеси органические вещества и определить их даже в следовых количествах посредством сравнения с уже известными веществами, идентифицированными с помощью масс-спектрометрии.
Чтобы помочь мне с анализом муравьиного феромона, к моей гарвардской команде присоединились трое химиков, знакомых с новым методом. Это были Джеймс Макклоски, в то время начинающий профессор Медицинского колледжа Бейлора в Хьюстоне (штат Техас); Джон Ло, профессор Чикагского университета, позже заведующий кафедрой биохимии в Аризонском университете; и аспирант Кристофер Уолш, впоследствии ставший известным преподавателем Медицинской школы Гарвардского университета. Чтобы проанализировать состав следового феромона с помощью газового хроматографа, нужен был чистый образец весом хотя бы несколько миллиграммов. И в этом была вся загвоздка: в одном муравье содержится всего несколько миллионных грамма феромона. Чтобы получить нужное количество образца, нам требовалось несколько тысяч муравьев.
Где взять столько огненных муравьев? Как мирмеколог, я знал ответ на этот вопрос: на юго-востоке США, где на поросших травой участках вдоль автомагистралей и проселочных дорог их муравейники встречаются через каждые 100 м. В таком муравейнике живет около 200 000 рабочих. И у меня имелась отработанная технология их массового сбора.
Поэтому я отвез своих друзей-химиков на запад от Джексонвилла (штат Флорида). Там, вокруг прудов, питаемых медленными пресноводными речушками, расположились десятки гнезд огненных муравьев. Храбро пренебрегая опасностью, мы выкапывали лопатой земляные гнезда и бросали их в воду. Муравьи всплывали на поверхность и, подчиняясь тому же инстинкту, который спасает их семьи при природных наводнениях, сцеплялись в живые плоты.
Воспользовавшись этим коллективным инстинктом, наша гарвардская команда собрала достаточно огненных муравьев, а затем и вырабатываемых их телами секретов, чтобы провести обычный химический анализ органических веществ. Экспериментируя с искусственными тропами из очищенного материала, мы с коллегами пришли к выводу, что этим следовым феромоном, скорее всего, является соединение из класса терпеноидов.
Но затем по каким-то загадочным причинам мы столкнулись с неудачей. Чем лучше мы очищали этот феромон, чтобы узнать его атомную структуру, тем слабее было его действие. Это могло означать лишь одно: исследуемый эффект вызывается не одним веществом, а смесью нескольких веществ. Вскоре Роберт Вандер Меер, руководитель лаборатории по изучению огненных муравьев Министерства сельского хозяйства США в Гейнсвилле (штат Флорида), подтвердил нашу догадку. Он обнаружил, что дюфурова железа вырабатывает несколько видов феромонов, в том числе следовой и половой феромоны, а также феромон тревоги, и именно эта смесь обеспечивает искомый эффект «Идите за мной!».
Как-то раз я выступил в роли муравьиного Моисея, капнув каплю концентрированной феромоновой смеси у входа в гнездо в лабораторном формикарии. Его обитатели мгновенно вняли моему призыву: в невероятном возбуждении они высыпали из гнезда и, вероятно, были готовы последовать за мной на край света. Но я, к сожалению, не мог предложить им путь к земле обетованной, а потому, напрасно побегав вокруг, они, один за другим, вернулись домой.
 12 
 Муравьиные языки 
Среди более чем 15 000 выделенных и описанных энтомологами видов муравьев существует поистине вавилонское смешение муравьиных диалектов – наборов феромонов, используемых муравьями, чтобы организовать свою социальную жизнь. Мы с моими коллегами-биологами еще только учимся переводить их химический язык на аудиовизуальный язык человеческого вида.
Сколько всего феромонов использует рабочий муравей одного вида? Сколько слов существует в муравьином языке? По моим оценкам, от 10 до 20, хотя точное число зависит от вида. Кроме того, муравьи могут создавать разные сообщения, варьируя количество выделяемых феромонов.
  
Например, когда рабочий муравей-жнец Pogonomyrmex badius, занимающийся сбором семян и прочего корма, сталкивается с группой своих смертельных врагов – огненных муравьев, он выпускает из двойных желез, находящихся у основания зазубренных жвал, струю из мельчайших капелек метилгептанона, феромона тревоги. Это летучее вещество быстро рассеивается и превращается в пахучий метилгептаноновый пар, запах которого могут почувствовать не только муравьи, но даже люди. Облако феромона образует полусферическое «активное пространство», где концентрация вещества и, следовательно, запаха максимальна у головы выпустившего его муравья и экспоненциально снижается к периферии.