Книга: От пчелы до гориллы

Роль пчелиной матки

Есть в улье одно совершенно особое существо, которое очень давно и крайне неправильно называли царицей; но эта царица ни над кем не властвует и, по всей видимости, лишь косвенно контролирует деятельность пчелиной семьи. Она просто орган воспроизведения, яичник, производящий не только яйца, но в известном количестве, и гормоны; гормоны же регулируют многие процессы в семье.

Совсем недавно, лишь несколько лет назад, наше: представление о роли матки стало чуть более ясным. Это прелюбопытная история, полная неожиданностей, поисков и ошибок, которые неизбежны во всяком научном исследовании, идущем непроторенным путем.

Я поручил сотруднице института Пэн исследовать, чем определяется развитие яичников у рабочих пчел. Несмотря на то что у них яичники обычно атрофированы, развитие их, как мы убедились, может претерпевать значительные изменения. Так, пока в семье ость матка, яичники рабочих пчел совсем неразвиты; стоит матке исчезнуть, и яичники увеличиваются в размере и развиваются настолько, что начинают продуцировать яйца, которые пчелы могут даже откладывать.

В чем же тут дело? И главное, с чего начать, имея в руках такие неполные данные? Да, конечно, с того же, с чего приходится начинать каждому, кто оказывается лицом к лицу с каким-нибудь непонятным, явлением: прежде всего тщательно и кропотливо взвесить все сопутствующие явлению обстоятельства, проанализировать все условия среды, например температуру (впрочем, в данном случае она не столь уж важна; ведь в гнезде пчелы живут практически при одинаковой температуре — около 30°), возраст, режим питания и, разумеется, образ жизни — одиночный или групповой. Всего важнее здесь возраст: пусть яичники пчел атрофированы, все же они проходят какой-то определенный цикл развития, яснее всего выраженный в семье пчел, лишившихся своей матки. В этих условиях яичники рабочих пчел растут примерно до десятого дня; затем появляются и начинают увеличиваться яйца, но при условии, что пчелы получают корм, содержащий азот. Самое подходящее для них азотистое вещество содержится в цветочной пыльце. Если же кормить пчел только водой и сахаром, то яичники не будут развиваться и останутся очень маленькими.

Отметим еще одно весьма любопытное обстоятельство: яичники достигают сколько-нибудь значительного развития только в присутствии других особей; У одиночек, даже когда в корме содержится>достаточно азота, развитие яичников замедлено. Преодолеть эту задержку можно, лишь объединив пчел в группу, пусть состоящую только из двух пчел (в таком случае у одной ив них яичники увеличиваются в размера гораздо быстрее, чем у второй, словно одна из них донор, а другая реципиент какого-то вещества, стимулирующего их рост), будто переваривание и усвоение белковых веществ возможно только в группе. Здесь мы снова встречаемся с таинственным эффектом группы, который занимает центральное место в физиологии семьи пчел и, несомненно, других общественных насекомых. Получив первые данные о факторах, воздействующих на развитие яичников, можно было перейти к выяснению главного вопроса — о роли пчелиной матки. На этот счет известно, что, как только в семье появляется матка, яичники рабочих пчел атрофируются и становятся похожими на тонкие, еле видимые нити.

Но вот в опыте, который заложила Пэн, старая матка, введенная в один из ульев, умерла на следующий же день; однако пчелы продолжали интересоваться ее трупом, касались его усиками. В этом еще не было ничего удивительного: пчеловоды давно знают, что матка, даже мертвая, не перестает привлекать пчел. Но иногда важно уметь предвидеть, и мы в тот раз оказались на высоте, догадавшись оставить труп матки на месте, чтобы увидеть, что произойдет. Прошло несколько дней, и яичники у взятых для исследования рабочих пчел оказались так же слабо развиты, как если бы в улье находилась живая матка. Вывод напрашивался сам собой: торможение является химическим по своей природе и вызывается веществом, в достаточной мере стойким, чтобы более или менее продолжительное время сохраняться даже в трупе матки. Мало того, когда пчелам вместо живой матки подкладывали крошечные куски мелко изрезанной мертвой матки, труп матки, истолченный в порошок и завернутый в кусочек шелкового чулка, наконец, старую, три года хранившуюся в коллекции матку, результат был точно таким же.

До сих пор помню, как нас ошеломили итоги последнего опыта с маткой из коллекции. Отказываясь верить своим глазам, Пэн продолжала проверять действие трупов пчелиных маток из коллекций, по многу лет хранившихся в пропыленных коробках, и все ее опыты давали те же результаты, хотя и с довольно значительными отклонениями, связанными о происхождением маток.

Видимо, вещество, тормозящее развитие яичников, обладает невероятной стойкостью, раз оно не разлагается в таких старых трупах, хранившихся к тому же весьма примитивным способом в простых картонных коробках для насекомых.

Этот вывод был сам по себе чрезвычайно интересен, и лет двадцать назад мы вполне удовлетворились бы им. Теперь же нужно было знать еще кое-что, а именно химический состав вещества, о котором идет речь. В прошлом об этом нельзя было даже мечтать: для анализа требуется слишком уж большое количество материала и одно это делало его невозможным. Ведь в семье всего одна матка, и активное вещество присутствует в количестве, составляющем лишь доли миллиграмма. Но сейчас в распоряжении исследователей находится чудо-аппарат, именуемый газовым хроматографом.

Чтобы стал понятен принцип устройства этого аппарата, нужно сказать несколько слов о хроматографии вообще. Капните чернилами на лист промокательной бумаги — вы увидите, что пятно не однородно, а состоит из ряда концентрических зон, окрашенных то светлее, то темнее. Это следствие адсорбции, благодаря которой различные содержащиеся в чернилах пигменты распределяются по четко ограниченным зонам, внутри которых они представлены почти в чистом виде. Тот же опыт можно повторить, взяв вместо промокательной бумаги, к примеру, колонку из окиси алюминия: достаточно закапать сверху чернил, и мы опять сможем наблюдать те же зоны, располагающиеся слоями друг под другом. Если слои отделить и промыть специальным растворителем, то можно получить почти чистый продукт.

Метод хроматографии применяется в самых различных областях, в него внесено много усовершенствований. Совсем недавно с открытием газовой хроматографии был сделан новый большой шаг вперед. Газовая хроматография применяется при работе с жировыми веществами, которые сначала переводят в газообразное состояние в токе сильно нагретого аргона; затем образовавшуюся смесь газов пропускают через колонку инертного вещества, на котором различные жирные кислоты избирательно удерживаются, разделяясь по четко разграниченным зонам, — каждая зона соответствует определенной жирной кислоте. Продолжая пропускать аргон через колонку, можно одно за другим выводить эти соединения из колонки, и порядок их выхода раз навсегда установлен, он зависит от природы данной жирной кислоты. Ток газа, уносящий с собой одно за другим исследуемые вещества, сильно ионизированные радиоактивным стронцием, проходит между двумя электродами. Реле вычерчивают кривую, по которой можно судить не только о природе анализируемого вещества; но и его относительном содержании в исследуемом материале.

Газовый хроматограф не так уж внушителен на вид: большой металлический шкаф с кнопками, циферблатами, светящимися глазками; из шкафа равномерно выползает бумажная лента, а на ней легкими колебаниями пера вычерчивается кривая, сообщающая нам все нужные сведения. В аппарат достаточно ввести несколько миллиграммов неочищенного вещества. Не раз, глядя на этот чудесный аппарат, я думал о том, как неслыханно развиваемся — техника, подобно самой науке шагающая вперёд все быстрее и быстрее. Когда-то, помню, попалась мне на глаза научно-фантастическая повесть, герои которой, высадившись на неизвестной планете, вкладывают в некий «анализатор-синтетизатор» образцы фауны и флоры и тотчас получают все сведения о химическом составе образца! Такого аппарата, как известно, нет, но, может быть, не так уж долго осталось ждать его появления.

Однако пока что мы не располагали даже несколькими миллиграммами вещества, нужными для исследования на хроматографе. Пришлось обратиться с призывом ко всем пчеловодам Франции и Северной Испании, которые, как это принято всюду, регулярно заменяют в семьях старых маток молодыми (это делается потому, что количество откладываемых маткой яиц по прошествии двух-трех лет начинает снижаться). С таким же призывом мы обратились и к американским пчеловодам, среди которых иные имеют по двадцать тысяч ульев и даже больше. В результате удалось собрать три килограмма маток — невиданное прежде количество. Химики смогли приступить к предварительной очистке образцов, необходимой для дальнейшего анализа в газовом хроматографе.

Тем временем Пэн установила, что несколько капель спиртовой вытяжки из тела матки неодолимо притягивают рабочих пчел и могут задерживать развитие у них яичников, так же сильно, как присутствие живой матки. Это было еще одним подтверждением предположения о химической природе торможения.

Но чем дальше шла очистка вещества, тем с большими трудностями мы встречались. Оказалось, что активные соединения делятся на две группы: представители одной из ни — это сильно летучие вещества. Эти-то неустойчивые вещества сыграли с нами не одну злую шутку.

Одновременно с нами доктор Батлер на опытной пасеке, в Ротемстеде (Англия), проводил исследования на весьма близкую тему: обычно, пока матка находится в семье, рабочие пчелы не пытаются выводить новых маток (это случается, как мы далее увидим, лишь в особых обстоятельствах); это означает, что они не сооружают вокруг некоторых молодых личинок больших округлых ячеек, называемых мисочками и служащих основой маточника. Но стоит убрать из улья матку, и рабочие пчелы почти сразу начинают строить мисочки. И вот Батлер заметил, что вытяжки из тела матки производят на пчел то же действие; ему удалось выделить активное вещество. Оно носит благозвучное название транс-9-кетодецен-2-овой кислоты, понятное и близкое для каждого; химика! Окрыленный этим блестящим успехом — и его можно понять — Батлер объявил, что им открыт гормон пчелиной матки, который, подобно магической палочке, управляет всей деятельностью пчелиной семьи.

У себя в Бюре мы читали сообщения Батлера; его открытие радовало нас, но мы никак не могли отделаться от ощущения, что автор слишком торопится. «Гормон пчелиной матки..!». Может быть, все жене гормон, а гормоны?

Попробуем, разобраться в этом вопросе. Действительно, в присутствии матки у рабочих пчел возникает целый ряд реакций (причем нам известны лишь немногие из них); матка притягивает пчел к себе, словно магнит, тормозит их способность строить маточники, препятствует развитию у них яичников, усиленно побуждает их к строительству восковых сотов с ячейками для рабочих пчел и трутней. Батлер, как мы считали, исследовал только вторую реакцию; нас же не меньше интересовали все остальные. В этом и заключалась сложность задачи.

Возьмем первую реакцию. Маточное вещество, выделенное Батлером, или транс-9-кетодецен-2-овая кислота, не обладает свойством привлекать пчел. Подобный эффект возможен лишь тогда, когда транс-9-кетодецен-2-овую кислоту соединяют с более летучими соединениями, также извлеченными из тела матки и также неактивными сами по себе… Итак, смесь двух неактивных порознь веществ дает активный продукт. Все это может вызвать удивление у неспециалиста. Известно, однако, много подобных примеров. Уверен, что вы, как и я, большие любители кофе, конечно, при условии, что это хороший кофе. Я имею, разумеется, в виду не те суррогаты, которые оскорбляют обоняние и вкус. Я называю «кофе» только те искусно составленные смеси должным образом поджаренных зерен, чей аромат пробуждает утомленный мозг для поэзии, науки, изящных искусств. Кто подсчитает, сколько химиков пытались воспроизвести этот аромат. Он рождается из соединения полусотни точнейшим образом дозированных веществ, причем каждое из них, взятое в отдельности, совсем или почти совсем не имеет запаха кофе. Ошибка в дозировке той или иной из составных частей портит всю смесь — она уже не привлекает, а отталкивает любителя.

Подобные продукты, свойства которых сильно отличаются от свойств их составных частей, встречаются в природе нередко.

Батлер не мог знать, что открытое им маточное вещество не активно, так как он скармливал его в смеси с медом, который сам сильно привлекает пчел. Поглощая маточное вещество с медом, пчелы в результате ряда еще не прослеженных физиологических реакций утрачивают способность строить маточники. Пэн стала наносить изучаемые ею вещества на полоски бумаги, которые она затем помещала прямо на дно опытных клеток. Для того чтобы действие вещества проявилось, пчелы должны приблизиться к нему. К чистой вытяжке из тела матки они устремляются немедленно, лихорадочно ощупывают бумагу усиками, трутся о нее брюшком и в конце концов разрывают в клочки. Здесь целая цепь реакций, и она приводится в действие не живой маткой, а очищенной вытяжкой из нее. Если же примешать эту вытяжку к корму, то можно наблюдать замедленное строительство маточников, тогда как рост яичников не подавляется.

Теперь мы можем изложить в нескольких строках то, что потребовало целых тринадцати лет для своего изучения. Мы создавали самые невероятные гипотезы, прежде чем догадались, что с нами сыграли шутку соединения, которые, будучи взятыми по отдельности, не обладают никакой активностью.

Впрочем, я уже писал, что в истории маточных гормонов остается еще не одна нерасшифрованная глава. Лишь совсем недавно было наконец доказано, что вытяжки из матки могут притягивать пчел и тормозить развитие яичников, а также строительство маточников, но ведь есть еще и другая, очень характерная реакция, вызываемая присутствием матки, — строительство восковых сотов, а такого действия наши вытяжки не производили ни разу. Почему? Потому ли, что наш метод получения вытяжек при помощи кипящего спирта недостаточно совершенен или, что более вероятно, потому, что при этом разрушается именно то вещество или вещества, которые вызывают реакцию? Не приходится сомневаться, что и здесь речь должна идти о каком-то химическом начале. Ведь, присутствие мертвой матки тоже стимулирует строительство сотов. Опуская здесь чисто технические подробности, скажу лишь, что у нас ушло много месяцев на то, чтобы выделить из тела пчелиной матки драгоценное вещество, побуждающее пчел к строительству, — некую «строительную субстанцию», — не повредив его. Вещество это исключительно нестойкое и летучее. Чтобы сохранить его, надо обработать матку смесью эфира с ацетоном при температуре 0°, а затем медленно и осторожно выпаривать растворители в струе холодного воздуха. В результате мы смогли получить несколько миллиграммов беловатого жироподобного вещества с очень слабым запахом. Нанесенное на полоску бумаги, оно сильно притягивает пчел; сразу же начинается строительство восковых сотов.

Но и это еще не все. Чем, например, объяснить, что в определенный момент в гнезде вместо маленьких ячеек для рабочих пчел начинается строительство крупных ячеек для трутней? Может быть, все дело здесь в ничтожно малых изменениях гормонов, выделяемых маткой. Или существует какая-то совсем иная причина? А сами трутни, которых по традиции принято считать бездельниками, совершенно бесполезными для семьи? Разве так уж трудно предположить, что и они способны выделять гормоны? Все эти вопросы остаются пока без ответа. Наконец, может быть, рабочие пчелы совсем не так уж инертны и вовсе не покоряются пассивно «гормональным приказам» пчелиной матки? Каков действительный механизм взаимодействия? На последний вопрос отвечают некоторые недавно полученные данные.