Илья Удалов: «Насекомые не рефлексируют о своей жизни, но то, как они себя ведут, заставляет пересмотреть парадигму, что их мозг устроен проще, чем у позвоночных»

— В первую очередь давайте определимся с биологическими характеристиками. Кого мы будем считать насекомыми?

— Насекомые — это членистоногие. Как пауки, ракообразные, многоножки, трилобиты и некоторые другие уже вымершие животные, которые к насекомым не относятся. Еще одна черта обсуждаемых нами существ — то, что они на взрослой стадии, за редчайшим исключением, имеют три пары ходных ног (у пауков, например, их четыре пары).

Также у насекомых тело разделено на три отдела: голова, грудь и брюшко. Чего мы, опять же, не видим у паукообразных — у них только два отдела: головогрудь и брюшко. Кроме того, у насекомых на голове есть одна пара антенн (у ракообразных — две). Часто у наших героев бывают крылья. Больше ни у кого из беспозвоночных такого атрибута нет. Насекомые вообще первые существа в истории Земли, которые стали активно летать.

— От кого произошли насекомые?

— С современным массивом данных, которым располагает наука, особых дискуссий по этому поводу нет: насекомые произошли от ракообразных. Последние научные работы, в первую очередь молекулярные, свидетельствуют о том, что насекомые возникли «внутри» этой группы, а не являются сестринским, «равноправным» таксоном по отношению к ракам.

Даже уже определены кандидаты на звание ближайших родственников — слепые пещерные рачки ремипедии, реликтовая и исчезающая группа животных, которые возникли еще в палеозое. Это, конечно, не предки насекомых, а скорее далекие потомки общего с ними предка. До этого доминировала гипотеза о том, что ближайшая к насекомым группа — многоножки. Сегодня их внешние сходства рассматривают скорее как конвергенцию — признаки, приобретенные независимо друг от друга.

Впрочем, пока никаких переходных звеньев между ракообразными и насекомыми не найдено. По данным статьи Бернарда Мисофа с соавторами 2014 года (Misof et al., 2014), первые — водные — насекомые появились примерно 479 миллионов лет назад. Заселение суши произошло приблизительно спустя еще 40 миллионов лет, как раз когда появляются наземные растения. Возможно, перед этим был переходный период амфибиотического образа жизни насекомых и других членистоногих, когда они жили в приливно-отливной зоне и на болотистых участках.

— А когда насекомые стали летать?

— Разные группы членистоногих практически одновременно начинают колонизировать сушу около 440 миллионов лет назад. И уже 406 миллионов лет назад насекомые осваивают полет. Это датировки скорее молекулярных часов, самые ранние находки крылатых насекомых относятся к гораздо более позднему периоду — около 324 миллионов лет назад.

— Если говорить о самых древних ныне живущих насекомых, а не об их родственниках, то это кто?

— Не берусь судить, кто самый-самый древний из ныне живущих насекомых. Есть, например, группа жуков, практически не изменившихся с триасового периода, — род Omma. У них примитивное сетчатое строение надкрыльев, в отличие от таковых у подавляющего большинства современных жуков, представляющих собой гипертрофированные слившиеся жилки. Когда-то Omma были распространены достаточно широко, сейчас же они обитают в Австралии, сохранился лишь один вид. Живут они под корой эвкалипта, и из-за редкой встречаемости детали их биологии (например, строение личинок) остаются неизвестными.

Эти жуки родственны еще одному насекомому этой группы — архостематам — Micromalthus debilis. У них редкая форма размножения — педогенез, когда потомство приносят личинки. С данным видом произошла поистине удивительная история: на взрослой стадии он утратил способность к размножению.

— Летающие насекомые появились раньше цветковых растений. Зачем они освоили полет?

— Да, они существа куда более раннего периода. Более того, когда появились цветковые растения, уже сформировались все группы современных насекомых. Конечно, цветковые влияли на разнообразие насекомых, но в первую очередь на опылителей. Они стимулировали появление новых семейств и смягчили вымирание опылителей голосеменных растений. Когда они начали исчезать, вместе с ними исчезали их опылители. Но кто-то при этом пересел на цветы.

— Кстати, про каменноугольных насекомых. Именно в тот период благодаря высокому содержанию в атмосфере кислорода, как известно, обитали гигантские насекомые (и членистоногие). Расскажите об огромной стрекозе — знаменитой меганевре. Чем она питалась? Могли ли теоретически существовать насекомые крупнее, чем она?

— Вряд ли могли существовать более крупные насекомые. Этому как раз мешал лимит содержания кислорода, который в каменноугольном периоде равнялся 30-35 процентам по сравнению с нынешними 20. Соответственно, если бы кислорода было еще больше, то они, вероятно, выросли бы еще массивнее. Но более высокого уровня кислорода не было, кроме того, со временем он даже снизился. Хотя какое-то время гигантские насекомые все равно продолжали существовать, даже в пермском периоде.

Но кислород не единственная причина их появления. Такие насекомые довольно долго жили на планете благодаря также отсутствию в те времена более крупных летающих хищников. При этом важно помнить, что, несмотря на гигантизм, такие насекомые были относительно легкими.

Меганевры внешне напоминали современных разнокрылых стрекоз. У них тоже были большие глаза, шипастые конечности, которые образовывали так называемую ловчую корзинку, как у современных стрекоз. И, соответственно, они вели похожий образ жизни и охоты.

Есть данные, что они жили около водоемов и, возможно, охотились на лету на насекомых, как это делают современные стрекозы. Не исключено, что они поедали и мелких позвоночных. Это вполне допустимо предположить, учитывая то, что достоверно в размахе крыльев меганевры достигали 65-75 сантиметров, а тело в длину составляло около 40 сантиметров.

— Как устроены когнитивные способности насекомых, прежде всего общественных: муравьев, пчел, ос? Они проявляют чудеса интеллекта, несмотря на крошечный размер мозга.

— Как раз последние десятилетия начинает меняться парадигма: чем больше мозг, тем более сложные когнитивные способности присущи животному. А у насекомых он очень маленький, просто даже по количеству нейронов гораздо меньше, чем у высших позвоночных животных. Например, мозг дрозофилы имеет 100 тысяч нейронов. У человека только на сетчатке миллиард нейронов. Однако в то же время, несмотря на малое количество нервных клеток, появляется все больше информации о том, что насекомые реализуют поведенческие паттерны, которые можно сопоставить даже с позвоночными.

Недавно, например, я читал интересную статью о когнитивных способностях шмелей. Выборка там была в районе 200 насекомых. На столе экспериментаторы положили искусственный синий цветок с углублением. В нем находился сахарный сироп. К цветку была привязана веревочка, а сам цветок накрывало прозрачное стекло. Чтобы попить сироп, нужно было вытащить веревочку. Два из 200 шмелей додумались это сделать! Мало того, остальные, глядя на собратьев, впоследствии научились и тоже стали так поступать.

Это то поведение, которое мы привыкли видеть, например, у птиц. Таким образом, было показано, что насекомые могут быть не просто очень смышлеными — они способны к обучению. Известно, например, что они учатся у сородичей искать цветы с более вкусным нектаром.

— Я слышала, что насекомые также способны испытывать эмоции?

— Это правда, насекомые способны испытывать эмоции. Конечно, не в том смысле, в каком это делают люди, но они чувствуют стресс. В такой ситуации, когда ожидают чего-то неприятного, происходят процессы, сходные с таковыми в мозге позвоночных на уровне гормонов.

Осы узнают друг друга «в лицо» — тоже уже известный факт. Кроме того, эти насекомые даже понимают, от кого из сородичей какого поведения ожидать. Они отлично запоминают места, где собирали нектар. Могут, например, летать в одно место, а через неделю отправиться туда, где были девять дней назад. При этом они способны оптимизировать маршруты: например, сокращать свой путь, а не двигаться по одной и той же траектории.

Обнаружено и то, что в некоторых областях мозга разнообразие их нервных клеток больше, чем у человека в сетчатке. В зрительных долях мозга насекомых более 150 (по другим данным, даже до 250) типов нейронов, а у человека только 80. Самих нервных клеток, конечно, гораздо меньше, но типов больше.

То есть на самом деле с мозгом все не так просто: размер далеко не всегда эквивалентен большей сложности. Мозг кита весит гораздо больше мозга человека, но это не значит, что он сложнее нашего. Возможно, насекомые не рефлексируют на тему своего жизненного пути, но поведение заставляет пересмотреть парадигму, что их мозг устроен куда проще, чем у позвоночных.

— Еще удивляет коллективный интеллект насекомых. Как они сообщают друг другу информацию?

— У пчел, например, есть танец. С помощью него пчела сообщает сородичам информацию о том, на каком расстоянии и в каком направлении расположен источник пищи, а также какое количество пыльцы и нектара в нем находится. При этом в зависимости от того, насколько далеко расположен источник пищи, танец будет различным. «Круговой» — если пища близко, «виляющий» — если она далеко.

— Получается, у насекомых все-таки есть своеобразный язык? Раньше ученые не верили в это.

— За расшифровку этого языка, к которой у специалистов поначалу было скептическое отношение, Карл фон Фриш даже получил Нобелевскую премию в 1973 году. Причем с возрастом у рабочих пчел меняется поведение. Известно, что в период, когда эти насекомые выкармливают своих личинок, они не столь «умны», как впоследствии, когда становятся фуражирами, то есть приступают к поиску нектара и пыльцы. Но когда они вступают в фазу поиска нектара, то начинают запоминать маршруты и резко умнеют. Очень быстро у них растут грибовидные тела, ответственные за память.

Другие насекомые тоже могут общаться посредством языка тела, звуков, постукиванием антенн друг по другу, которое может быть также совмещено с обменом пищей или выделениями у общественных насекомых (трофаллаксис) либо феромонов. Последний способ — самый распространенный и, по сути, основной для коммуникации у насекомых.

— Расскажите о феромонах насекомых.

— У них существует целый спектр феромонов, предназначенных для разных задач: феромоны тревоги, привлечения противоположного пола или агрегации сородичей в одном месте. Феромоны также могут использоваться для создания пахучей дорожки для указания места кормления или чтобы обозначить свою территорию. Для восприятия этих сигналов служат очень чувствительные рецепторы, которые, как правило, расположены на антеннах насекомых, а в их головном мозге есть специальные обонятельные доли, куда приходит сигнал из этих рецепторов.