Текст книги "Операция «Лесные муравьи»"
Автор книги: Иосиф Халифман
Жанры:
Биология
,сообщить о нарушении
Текущая страница: 2 (всего у книги 20 страниц)
В мире насекомых обнаружено в то же время множество удивительно точно решенных задач не только из области аэродинамики, но и из многих других областей прикладной физики.
Те, кто занимается оптикой, находят у насекомых неожиданные приспособления для различения частей спектра, разных состояний света, цвета, яркости, формы, позиций, расстояний…
Звучащие и воспринимающие звук устройства насекомых давно привлекают внимание конструкторов, работающих над совершенствованием разных средств беспроволочной воздушной и подводной связи…
Стилеты жалоносных, буравы древоточцев, особенно яйцеклады рогохвостов – все эти гибкие и тонкие самозаглубляющиеся иглы, которыми многие наездники с загадочной быстротой пронзают древесину, давно привлекают внимание бурильщиков.
Точно так же и химический состав и физические свойства паутины пауков и шелковой нити завивающихся в кокон личинок сотен видов насекомых ждут анализа, обещающего сказать много интересного и поучительного текстильщикам, специалистам по органической химии, изобретателям новых пластмасс.
Особого внимания заслуживают антенны – усики насекомых. Обонятельная чувствительность этих органов превосходит всякое воображение.
Знаменитый исследователь насекомых Фабр показал, что самцы грушевой сатурнии могут находить самок за несколько километров. В опытах, проводившихся уже после Фабра, самцы безошибочно отличали ящички, в которых год назад содержались самки. А ведь стоит отрезать у бабочки обе антенны, как она совершенно теряет способность ориентироваться по запаху.
Пеленги, определяемые с помощью усиков, могут быть, видимо, не только ароматными, звуковыми или ультразвуковыми.
Многие насекомые, даже если их ослепить, безошибочно находят воду: усики действуют в этом случае как влагоискатель. Паразитическое насекомое – наездник Эфиальтес – с помощью своих антенн отыскивает на коре дерева место, под которым в толще древесины, на глубине нескольких сантиметров, находится личинка нужного ему вида усачей или рогохвостов. Почуяв личинку, наездник сгибает антенны почти пополам и прикладывает их к коре, находит точку сверления и пронзает яйцекладом древесину, без промаха поражая спрятанную в глубине личинку.
Не менее удивительными свойствами обладают антенны муравьёв. Присмотримся хотя бы к двум встретившимся муравьям. Какое-то время они стоят, поглаживая друг друга антеннами, и вдруг убегают в одном направлении. Как позвал муравей муравья? Почему пошел второй за первым? В чем состоял сигнал, переданный и воспринятый насекомыми, которые скрестили усики? Не могут ли быть разработаны, если получить ответ на эти вопросы, какие-то средства, зовущие и ведущие насекомых, и не могут ли быть созданы на сходной основе какие-то новые технические устройства, передающие и принимающие сигналы-информацию?
Вспоминая историю птеростигмы, стоило бы присмотреться и к тому, как движутся в колонне переселяющиеся муравьи. Они бегут, почти сплошной массой разлившись по земле, и бегут не в беспорядке, а сохраняя довольно отчетливый строй, бегут, поводя усиками, касаясь ими то соседей справа и слева, то иногда того, кто впереди.
Это обычные муравьи, знакомые и примелькавшиеся. И все же описанная здесь встреча дает повод ещё раз спросить: почему? Почему движутся они единой массой? Какие силы собрали, сплотили и ведут их? Какую роль играют здесь прикосновения антенн, которыми обмениваются бегущие?
Давно ищет человек ответы на такие вопросы, но наука, исследующая живую природу, вопреки общепринятому мнению, ещё совсем молода и многое лишь начинает.
Присмотримся же к тому, что открыла эта молодая наука в мире муравьёв.
Муравей в профиль и в фас
Здесь речь идёт о муравьиной семье, о муравейнике, который представляет собой ансамбль взаимно друг друга дополняющих особей физически независимых, но физиологически связанных. Это сглаженное органическое единство, развивающееся по своим законам.
Мы ещё не знаем главных процессов, идущих в этом ансамбле, и нам ещё предстоит разобраться в том, что делает щепотку, пригоршню или массу насекомых муравейника «индивидами в известном смысле», как определял сходные образования Ф. Энгельс [5]5
Энгельс. Ф. Диалектика природы. М., 1948, с. 249.
[Закрыть] .
Прежде всего рассмотрим поближе отдельно взятых членов семьи, разложим единство на составляющие его части, которые, свершая свой жизненный путь, тем самым приводят в действие жизненный процесс, протекающий в семье.
В иных сочинениях о муравьиной общине не вполне точно пишут как о чисто «пехотной державе», в отличие от «крылатого государства пчел». В самом же деле на разных фазах развития семья муравьёв состоит из большего или меньшего числа рабочих и солдат (это разные формы практически бесплодных и от роду бескрылых самок), а также из разного числа – от одной до многих, иногда до нескольких тысяч – сбросивших крылья плодовитых самок и, наконец, из молодых крылатых самок и самцов. Количество их в семье зависит от сезона года; временами их здесь очень много. Самцы остаются крылатыми до последнего дня своей сравнительно короткой жизни. Самки же впоследствии сгрызают или обламывают свои крылья, и после этого брюшко их заметно разрастается.
Самцы и самки каждого вида более или менее стандартны по размеру; длина тела рабочих или солдат даже в одной и той же семье часто бывает различной. И дело здесь не в возрасте. Выйдя из стадии куколки, муравьи, как и многие другие насекомые, больше не растут. Маленькие муравьи (самые меньшие из них – всего в миллиметр) так до старости и остаются крошками, а самые крупные (некоторые до 5 сантиметров) уже из кокона выходят великанами. Разномерные и разноформенные муравьи выполняют в семье разные обязанности, которые с возрастом обычно меняются.
Для жителя средних широт, видевшего только обычных черных, черно-красных, рыжих или желтых муравьёв, чаще всего полная неожиданность, что муравьи бывают также иссиня-черными, цвета вороненой стали, землистыми, кроваво-красными, ярко-зелеными, светло-серыми или совсем бледными, как пустынные Катаглифис паллида. Голова, грудь, брюшко, ноги не обязательно одного цвета.
Хитин – внешний скелет насекомого – с поверхности блестит или, наоборот, матовый, гладкий или скульптурный (морщинистый, пунктированный), голый или опушенный, а волоски могут быть короткими или длинными, прилегающими или отстающими.
Не удивительно, что ржавчинно-красные гиганты Формика сангвинеа или ещё более крупные черные, красногрудые и красноногие Кампонотус геркулеанус с первого взгляда отличимы от темно-бурых лилипутов Лазиус нигер или ещё более мелких бледно-желтых Лазиус флавус. Но вместе с тем все между собой так сходны, строение их тела так типично и характерно, что, увидев их, сразу опознаешь, не спутаешь.
Муравей – это голова и овальное брюшко, соединенные хотя иной раз и весьма причудливо, однако всегда по-муравьиному: с помощью грудки и одночленного или двучленного стебелька, представляющего часть брюшка.
Головы могут быть круглые, квадратные, конические, пирамидальные, трапециевидные, сердцевидные, плоско-выпуклые. Какова бы ни была голова, она неизменно оснащена парой усиков.
Строение, форма усиков, место прикрепления их на голове обычно различны, но у всех они расположены в особых ямках между глазами и иногда поставлены так, что насекомое производит впечатление восьминожки-паучка. В каждом усике, их ещё называют антеннами или сяжками, есть более или менее длинная рукоять, несущая членистые жгутики. У одних в усике всего четыре членика, у других – 12–13.
Чтобы разобраться в назначении всего органа и отдельных его частей, проведено большое число опытов, в которых отстригалось разное число члеников в правом, левом усике или в обоих. Способ, что и говорить, грубоват, но благодаря такой разведывательной ампутации удалось дознаться, что правый и левый усики действуют одинаково, друг друга дополняют, а разные членики имеют, видимо, разное назначение; у одного вида, например, двенадцатый членик специализирован на различение духа родного гнезда, десятый воспринимает следы на муравьиных тропах, шестой и седьмой – запахи врагов.
Специалисты выделяют на голове муравья лоб, темя, даже щеки разной конфигурации, иногда и глаза. Иногда потому, что многие муравьи совершенно слепы. Простые глаза – глазки, – если они есть, расположены на темени тремя точками.
Сложные глаза состоят из разного числа одинаковых фасеток; у одних – каких-нибудь две-три, у других – тысячи. Каждая фасетка – это микроскопическая светочувствительная трубочка; она воспринимает только одну-единственную точку, все вместе дают общее, полное изображение.
Часть муравьёв избегает даже рассеянного света и выходит из гнезда только в сумерки, а то и по ночам; другие не боятся даже ярких солнечных лучей.
В самом простом случае глаза рабочих муравьёв отличают только свет от тьмы и воспринимают местоположение источника света. Впрочем, как может быть иначе, если насекомое крохотное, передвигается по способу пешего хождения и кругозор его физически настолько ограничен, что не всегда оно видит дальше конца собственного усика?
Другое дело крылатые. У них число фасеток в глазах во много раз больше, чем у рабочих, зрение сильнее, глаза совершеннее.
Несколько слов следует сказать о способности муравьёв различать краски. Как бы те или иные муравьи ни относились к свету под открытым небом, они совершенно не терпят его в гнезде – тут же все уносят, прячут яйца, личинки, сами стремятся убежать в тень, во мрак. Как раз на этой особенности основаны приёмы, с помощью которых детально изучено цветовое зрение муравьёв.
Исследователи убирали со стеклянных муравейников темные ставни и, заменяя их полосками цветового стекла, следили, куда перейдут, какой цвет предпочтут обитатели муравейника.
В одном из опытов под красными пластинками собралось около 900 муравьёв; под зелеными – чуть больше 500; под желтыми – без малого 500; под фиолетовыми – лишь 5. Больше всего личинок уносили муравьи из-под синих и фиолетовых стекол и не под зеленые и желтые, а именно под красные: красный цвет муравьи не видят, он для них не отличим от черного.
Если пропустить лучи света через призму, разложить его на составные части спектра, то не воспринимаемые зрением человека инфракрасная и ультрафиолетовая зоны определяются с помощью специальной бумаги, окрашиваемой этими невидимыми лучами. Расплод, помещенный в зону ультрафиолетовых лучей, муравьи уносят под красное стекло – во мрак.
Но, может быть, ультрафиолетовые лучи не воспринимаются зрением муравьёв и на них действует только тепло, которое несут эти лучи?
Опыты с ослепленными муравьями – глаза их были покрыты непрозрачным лаком – показали: муравьи видят, именно видят, ультрафиолетовый свет, причем он, вероятно, окрашен для них в некий цвет, о котором человек не имеет представления. Впрочем, и другие цвета выглядят для муравьёв иначе, чем для человека. Ведь обычно краски в природе смешанные, и из этих цветовых смесей для муравьёв исчезает красный, но зато приплюсовывается ультрафиолетовый.
Именно в этой связи и высказал Ф. Энгельс известное замечание о глазах муравьёв, которые видят химические световые лучи, и о том, что в познании этих невидимых для нас лучей мы ушли значительно дальше, чем муравьи. Действительно, мы можем считать, что муравьи видят невидимые нами вещи, и доказано это одними только восприятиями нашего глаза. Отсюда Ф. Энгельс и заключил, что «специальное устройство человеческого глаза не является абсолютной границей для человеческого познания» [6]6
Энгельс Ф.Диалектика природы. М., 1948, с. 192.
[Закрыть] .
Несчетное число новых иллюстраций к этому важному философскому выводу получено с тех пор, как органы чувств насекомых стали изучаться с применением сверхточных приборов вроде катодного осциллографа, улавливающего самые мимолетные световые воздействия. Фантастически тонкие электроды, введенные в глаз насекомого, связываются с осциллографом, а он, благодаря лампам-усилителям, успевает фиксировать реакцию глазных нервов на световые вспышки разной продолжительности. Перенеся опыты в быстро вращающиеся, покрытые полосками разной ширины цилиндры, удалось точно определить самые короткие световые воздействия, воспринимаемые насекомыми. Было установлено, что глаза их представляют своеобразную лупу времени, которая как бы увеличивает по сравнению с глазами человека число мгновений в единице времени и повышает разрешающую способность зрения. Поэтому-то во многих случаях, когда человек способен уловить лишь мимолетную тень, насекомое даже в полете успевает отчетливо различить и контуры, и окраску предмета.
Изучение других органов чувств муравья, в частности – их обоняния и осязания, значительно расширило представления об амплитуде восприимчивости органов чувств живого.
Когда кóрма достаточно и рацион разнообразен, обоняние муравьёв притупляется, у голодных же оно не уступает по точности спектральному анализу. Это настоящая лупа запахов. Впрочем, одно дело – природные условия, другое – лабораторные опыты, когда на муравья воздействуют лишь строго вычлененные обонятельные сигналы.
У человека обоняние и вкус, как известно, родственны, даже однородны, воспринимают близко связанные раздражения, а осязание и зрение до такой степени взаимно дополняют друг друга, что мы часто на основании зрительного облика какой-нибудь вещи можем предсказать её тактильные свойства. Что касается обоняния и осязания, то эти столь разные для человека области чувств у муравьёв воспринимаются, по сути дела, одним органом и потому слиты воедино. Вполне вероятно поэтому, что для муравьёв раздельно существуют гладкий и шершавый, или ребристый и круглый запахи по-разному пахнущих предметов. Мы могли бы получить представление о таких свойствах вещей и предметов, если бы у нас обонятельными нервами были оснащены, например, концы пальцев. Неизвестная людям и обнаруженная у муравьёв способность воспринимать предметы с помощью двугранного – точнее, двухкачественного – обонятельно-осязательного раздражения ещё раз подтверждает справедливость вывода о том, что специальное устройство органов чувств человека не может создавать предела познания.
Осязательно-обонятельные раздражения воспринимаются у муравьёв усиками, особенно чуткими и совершенными у слепых.
Чрезвычайная подвижность усиков позволяет муравью получать представление не только о запахе и форме окружающих предметов, но также и об их расположении. Кроме того, антенны служат отчасти и органом вкуса.
Но почему речь идёт только о зрении, осязании, обонянии и вкусе? А как обстоит дело с пятым чувством – со слухом?
Вопрос этот до сих пор остаётся неясным.
Известный английский энтомолог Джон Леббок проделал в прошлом веке несчетное число опытов, комическая серьезность которых вызывает сегодня невольную улыбку.
«Я снова и снова, – писал Леббок, – испытывал муравьёв самыми громкими и резкими шумами, какие только мог производить, употребляя копеечную дудку, собачий свисток, скрипку, равно как и издавая самые пронзительные и ошеломляющие звуки, на какие способен мой голос; но все это не оказывало на них никакого влияния… Я производил разнообразные громкие звуки, включая и получаемые от полной коллекции камертонов… но никогда не мог заметить, чтоб они обратили хоть какое-нибудь внимание на любой из этих звуков» [7]7
Леббок Д.Муравьи, пчёлы и осы. М., 1898, с. 202.
[Закрыть] .
Это заключение вполне согласовывалось с анатомическими данными: ни у одного вида в семействе муравьиных специальные органы слуха обнаружить не удавалось.
И все же более поздние, лучше оснащенные исследования позволили допустить, что муравьи, не имея специального тимпанального органа слуха, способны по-своему воспринимать звуки. Раздражителем здесь служит, правда, не звуковая волна, не изменяющееся давление, а движение молекул в центре волны (у млекопитающих, включая и человека, воспринимается вершина звуковой волны). После того, как насекомых стали помещать в центр волны с амплитудой до двух микрон, некоторые волоски антенн муравья начинали колебаться. Так родилось предположение, что усики служат муравьям и органами слуха.
Вообще воспринимающие звук устройства насекомых, очень мало похожие на человеческие, бывают фантастически чутки. Кузнечик, например, слышит колебания предмета, на котором находится, даже если их амплитуда не превышает половины диаметра атома водорода. С помощью органов слуха, скрытых в двух передних ножках, кузнечики-самцы способны запеленговать и найти самку, как бы далеко она ни находилась.
И муравьи, видимо, ощущают колебания субстрата. Мир звуков этих насекомых может оказаться довольно разнообразным: похоже, они воспринимают также колебания низких частот и ультразвук.
До сих пор почти ничего не было сказано относительно ротового устройства муравьёв.
Совершенно незаметные у одних нижнечелюстные щупики – органы вкуса бывают у других достаточно велики.
У некоторых муравьёв существует и так называемая подротовая сумка, куда эти чистюли складывают при уборке гнезда мусор и пыль (они их сносят потом в специальные камеры). В той же сумке молодые крылатые некоторых видов приносят во вновь закладываемое гнездо кусочек гриба для разведения здесь грибницы. Кроме широких верхней и нижней губ, у муравьёв есть две пары челюстей: верхняя и нижняя.
С помощью верхней пары, это и есть жвалы, создается, в сущности, вся «муравьиная цивилизация». Жвалами муравьи собирают материал для строительства гнезда, выгрызают древесину, роют грунт; жвалы – оружие, применяемое для защиты от врагов и для захвата добычи, для заготовки и доставки пищи; в то же время это орудие ухода за расплодом; с их помощью очищаются и переносятся с места на место яйца, личинки, куколки, выполняется множество других жизненно важных операций. Ссылаясь, в частности, и на пример муравьёв, Ф. Энгельс писал, что животные имеют орудия, в узком смысле слова, так называемые «органы-орудия», примером которых и служат муравьиные жвалы.
Они необычайно разнообразны – крохотные, средние, большие, огромные; тупые и острые; гладкие и зубчатые; прямые и изогнутые; смыкающиеся и перекрещивающиеся самым причудливым образом; похожие на щипцы, или на кусачки, или на клещи, или на ножницы, или на серпы, или на штыки. В деталях строения этого органа, в форме, числе и расположении зубчатых насечек своеобразно отражается его назначение. И подобно тому, как анатомы по одной кости способны восстановить скелет, специалисты могут многое сказать о биологии вида, судя только по жвалам рабочих муравьёв.
Ротовое устройство не приспособлено к поглощению твердой пищи – муравей может только всасывать растворы.
В нижней губе самой важной частью приходится признать язычок с его придаточными частями. Этот орган вкуса служит и для чистки тела.
Не щадя сил и времени, наводят муравьи чистоту внутри гнёзд и вокруг них, а также сами себя и друг друга причесывают, скребут, вылизывают, моют не только дома, но и во время коротких вылазок, не говоря уже о дальних странствиях. Особенно часто причесываются и прочищаются щетками ножек дыхальца, протираются глаза. Голени передних ног оснащены специальными гребнями, между щетинками которых они протаскивают усики. После сухой чистки хитин моют язычком.
С помощью язычка взрослые муравьи постоянно обмениваются кормом, облизывают или кормят личинок, связываясь таким образом между собой и с подрастающими новыми поколениями.
Если жвалы служат как бы механическим орудием создания муравьиной общины, то язычок сплачивает её физиологически. Разумеется, и другие органы и части тела муравья каждый по-своему прямо или косвенно служат тем же целям.
К состоящей из трех слитных члеников груди муравья прикреплено три пары ножек, каждая из которых оканчивается пятичлениковой лапкой. Наиболее длинноногие муравьи бегают очень быстро: если бы с пересчетом на соответствующие масштабы с такой скоростью двигался человек, то получилось бы не менее 250 километров в час.
Остается сказать несколько слов о брюшке. Мы уже знаем, что первый или первые два менее развитых членика его образуют стебелек – подвижное и гибкое соединение с грудью. Само же брюшко – несколько соединенных между собой спинных и брюшных полуколец – способно сильно растягиваться.
От ротового отверстия сквозь грудь и стебелек тянется пищевод, в брюшке он сразу расширяется в зобик.
У муравья, вышедшего из кокона, зобик пуст, размеры его ничтожны. Стоит досыта накормить муравья мёдом – зобик раздувается, оттесняя к стенкам все прочие органы и увеличивая объём брюшка. В зобике пища не усваивается, а сохраняется, пока не будет отрыгнута и передана другим муравьям.
В то же время в зобике же пища частично подготовляется к усвоению, поэтому его можно рассматривать и как общественный склад корма, и как частицу семейного желудка. Здесь происходит первый этап усвоения – начало обмена веществ, который каждого муравья с первого и до последнего мгновения жизни связывает с остальными обитателями гнезда. Сам же муравей кормится, как правило, не той пищей, которую добыл, а той, которой его снабжают сестры. Пройдя зобик и мышечный желудок, пища поступает в, так сказать, персональный отрезок кишечного тракта, где и усваивается.
Мышечные устройства глотки и желудка дополняют друг друга, составляют как бы сдвоенный орган, регулирующий и направляющий использование собранного корма.
Когда просвет мышечного желудка наглухо закрыт, а волокна глотки расслаблены, муравей отрыгивает пищу из зобика и передает её другому муравью. Если же мускулы глотки сжаты, а мышечный желудок действует подобно насосу, то корм из зобика перекачивается в пищеварительный отдел кишечника. Усвоенный, он расходуется на поддержание жизнедеятельности муравья и выработку некоторых выделений, непосредственно данной особи не нужных и необходимых только для жизни всей семьи в целом.
С пищеварительным трактом связана система желез. Если перечислять их от головы к брюшку в том порядке, в каком расположены выводные протоки, то первыми надо назвать железы жвал и нижних челюстей. Они выделяют клейкое вещество, используемое непосредственно как строительный материал или для его приготовления. Следующая железа – губная – производит часть смазки или саму питательную смазку, которой рабочие муравьи смазывают яйца, а иногда и кормят личинок. Через протоки желез глотки в пищеварительный тракт поступает секрет, подготовляющий к усвоению пищу, собираемую в зобике. Грудные железы выделяют на поверхность тела ароматическое вещество, по запаху которого обитатели муравейника опознают друг друга, отличают «своих» от «чужих».
Ядовитые железы, находящиеся в брюшке, часто связаны с жалом. Если муравей лишен жала, он обрызгивает противника кислотой или даже наносит ему комбинированный удар, кусая жвалами и одновременно обрызгивая ранку ядом.
В заключение скажем о проходящей вдоль всего тела нити нервного ствола и особо отметим головной ганглий, который называют иногда органом разумности, мозгом муравья. Это мощный узел нервных клеток. Масса таких клеток сосредоточена в головном ганглии многих насекомых; у общественных перепончатокрылых они особенно развиты.
Мозг жука-плавунца, например, составляет около 1/4200 объёма тела, у наездника Ихнеумона – 1/400, а у муравьёв – 1/280; мозг пчелы несколько крупнее (1/175 объёма тела), но в нём больше чувствительных клеток, а ассоциативные занимают лишь одну пятую, у муравья же они составляют почти половину массы мозга. Лучше всего головной ганглий муравья развит у рабочих форм, несколько слабее у самок, ещё слабее у самцов. Например, соотношение размеров мозга у этих трех форм муравьёв Кампонотус – 8: 4: 1. Таким образом, рабочий муравей этого вида в восемь раз «мозговитее» самца. У самца в ганглии более всего развиты зрительные лопасти, у рабочего – обонятельные.
Муравьи относятся к числу организмов, особенно чутко реагирующих на радиоактивность среды. Подобно улитке, которая сразу втягивает рожки, подобно перламутреннице, смыкающей створки раковины, подобно морским анемонам, которые спешат закрыться, муравьи, попавшие в зону хотя бы и самой малой радиоактивности, начинают суетиться, мечутся, убегают. Какие органические системы выполняют у них роль счетчика Гейгера, пока не выяснено.
Мы ничего не сказали об органах размножения, и это естественно. У рабочих муравьёв они чаще всего в зачаточном состоянии. То же и у солдат с их крупной головой и особо развитыми жвалами, применяемыми при защите своего гнезда и набеге на чужие. Солдаты в основном только для этого и пригодны. Рабочий же муравей, хотя он, как правило, обречен на бесплодие и сам не оставляет потомства, выкармливает крылатых, питает самку и её потомство и этим поддерживает в подрастающих поколениях исконные свойства вида.
Подлинное воспроизведение у муравьёв, как и у других общественных насекомых, осуществляют лишь половые особи – самцы и самки. Почти вся полость брюшка самок заполнена яичниками, состоящими из большого числа яйцевых трубочек, в которых развиваются яйца – зародыши новых членов общины.
Таковы в общих чертах портреты отдельных членов муравьиной семьи, о которых говорят, что этот одушевленный атом стоит того, чтоб к нему присмотреться повнимательнее.
