Общественная борьба с болезнями в улье
Для начала Лави достал пчел, больных акарапидозом (это было, увы, даже слишком легко), и попытался с помощью различных газов убить засевших в трахеях клещей, не убив при этом зараженную ими пчелу. Опасная и к тому же не совсем удававшаяся на первых порах затея! Помню, как-то вечером я сидел за полным комплектом журнала Archiv fur Bienenkunde, который мы недавно приобрели. Эта энциклопедия науки о пчелах полна подлинных сокровищ. А вокруг меня в лаборатории уже начинала налаживаться работа, все суетились, радостно звучали молодые, звонкие голоса, - ведь если мне тогда было около сорока, то средний возраст моих сотрудников не достигал и тридцати лет. Как раз в это время ко мне спустился Лави из каморки, которую он кое-как оборудовал себе под лабораторию. "Думаю, - сказал он, - что на этот раз мы на верном пути; я применил легкое окуривание сернистым газом, и клещи погибли, а пчелы живы".
Радостно поднимались мы на второй этаж. Вооружаюсь микроскопом, проверяю: сомнений нет, клещи мертвы. Победа! Смотрим контрольных насекомых, которые были помещены в такую же камеру, в тех же условиях, но которых, конечно, не окуривали. Что это? Поразительно, но клещи погибли и здесь! Такого мы еще не видели: мертвые клещи в трахеях пчел. Это было загадкой… Конечно, опыт не удался - и по совершенно непонятной причине. Сколько таких неудач бывает у каждого из нас! Иду вниз, оставляя Лави вконец приунывшим.
Назавтра Лави является ко мне в возбуждении. "Я исследовал более тщательно трахеи пчел, - говорит он, - те самые, в которых содержатся погибшие клещи".
Следует сказать, что все это были пчелы из одной местности, из, департамента Сены и Уазы. И вот вокруг клещей в трахеях этих пчел Лави обнаружил множество каких-то округлых неправильных тел. Быть может, клещи болели или подверглись нападению своего естественного врага?
Такое предположение не было абсурдным. Человек давно исчез бы с поверхности земного шара, если бы бесчисленные вредители, истребляющие хлеба на корню, не имели в свою очередь своих собственных врагов. Почему не допустить, что и пчелиный клещ тоже имеет своих врагов, ведь иначе он давно передушил бы всех пчел на земле.
Однако до сих пор никто ничего подобного все-таки не отмечал, и мне вспомнилось остроумное замечание Эддингтона: "Горе фактам, если они не соответствуют теориям!"
Но я своими глазами вижу под микроскопом эти тельца Лави, окружающие клещей. Они не напоминают мне ничего, только вот, пожалуй, дрожжи.
"Мы могли бы попытаться выращивать их, - предложил Лави, - и заражать ими пчел, на которых паразитируют клещи". Я согласился без особого восторга. Но наши усилия увенчались успехом: дрожжи - это были действительно дрожжи хорошо известной расы - росли хорошо. Мы опрыскивали ими зараженные ульи изнутри и нередко добивались значительного улучшения в состоянии пчел, а иногда и полного выздоровления.
Но история еще только начиналась. Я чувствовал, что нужно еще много работать. Каким образом при опрыскивании культурой дрожжей они проникают в трахеи пчел? И я посоветовал Лави делать посев с тела пчел через каждые сорок восемь часов. Посмотрим, удастся ли обнаружить на их теле дрожжи. Сказано - сделано. Несколькими днями позже Лави стоял передо мной в полной растерянности. Он сделал посев в сотне пробирок. В нескольких оказались дрожжи; но в остальных - ничего или почти ничего… Я просто-напросто не поверил. Как же так? Ведь пчёлы покрыты волосками, они прикасаются своим мохнатым тельцем к всевозможным пыльным и грязным предметам. Совершенно не понятно, почему не увенчались успехом попытки выращивания культуры из микроорганизмов, взятых с их волосков. Что делать дальше? Снова начать опыты, повторив их на большем количестве пробирок с еще большей тщательностью! Так мы и поступили. И у нас опять почти ничего не выросло. Это было уж слишком. Может быть, среда для посева культуры испортилась, хотя мы не понимали, что могло повлиять на ее состав. Среду мы вылили на помойку и приготовили новую. Лави стал ловить мух на окнах лаборатории. Мы поскребли их спинки платиновой иглой и засеяли новую серию пробирок. На этот раз всюду появилась плесень и весьма разнообразные колонии бактерий. Но с пчелами у нас ничего не вышло, хотя опыт проводился на той же среде. Если пчелу убить холодом и целиком погрузить в питательную среду, то и тогда микроорганизмы не появляются вовсе или растут в очень небольшом количестве.
Мы ошеломленно разглядывали свои пробирки.
На волосках пчелы должно быть не меньше микроорганизмов, чем на теле мухи. И если не удается добиться их роста на подходящей среде, то это, по-видимому, означает, что они убиты или обезврежены каким-то антибиотиком, который выделяет пчела. Это предположение не так уж удивительно, как может показаться. На коже человека и в ее наружных выделениях тоже присутствует антибиотик - лизоцим, который убивает болезнетворных микробов, миллионами оседающих на поверхности нашего тела. Может быть, многие микробы считаются безвредными лишь потому, что фактически не имеют к нам доступа благодаря лизоциму?
Гипотеза весьма занятная, но ее еще нужно подтвердить. Я придумал класть пчел в подогретый спирт, в котором растворяются очень многие вещества, затем выпарить спирт, смешать полученный осадок с приготовленной культуральной средой и наконец посеять на эту среду различные, наиболее часто встречающиеся микроорганизмы. На третий день в контрольных пробирках, не содержавших предполагаемого антибиотика, были хорошо видны обильно разросшиеся культуры, в других же, куда добавлялась вытяжка из пчел, было совершенно чисто.
Вот это замечательно. Такие минуты сторицей вознаграждают за многочисленные и мучительные неудачи.
Но здесь нам смутно припомнилось, что в какой-то старой работе, относящейся примерно к 1907 году, уже говорилось о чем-то подобном. Автор ее, бактериолог Уайт, задумал изучить внутреннюю флору улья. Он тоже исходил из того, что пчелы должны приносить в улей бесчисленное множество микроорганизмов и что было бы интересно изучить те из них, которые способны выжить в улье. И вот Уайт делает посевы на среду во множестве пробирок, проводя по поверхности сотов платиновой проволокой. Никакого роста, лишь иногда появляются бактерии, дрожжи, плесневые грибки - отдельные колонии. Уайт удивлен, он не совсем представляет себе, как можно было бы истолковать полученные результаты; впрочем, они вскоре позабыты. Слишком далека еще эра антибиотиков.
Итак, посевы с сотов тоже ничего не дают. Может быть, и здесь замешан антибиотик? Да, и он был обнаружен в трехдневном опыте с применением спиртовой вытяжки из сотов.
Мы вступили в особенно интересную фазу, фазу обобщения гипотез. Один антибиотик открыт на теле пчел, другой - на сотах, а вскоре мы, тоже руководствуясь данными старых работ, нашли в пыльце третий, в маточном молочке - четвертый (он даже был выделен в чистом виде), в меде - пятый. Шестой антибиотик был нами найден в прополисе - вязкой массе из смолы, которую пчелы собирают с почек тополей и других деревьев и используют для замазывания щелей в улье. Антибиотик прополиса - один из самых сильных; он отличается тем, что убивает грибки (никакая плесень никогда не заводится на прополисе), и, кроме того (это открыл Лави), он убивает зародыши. Если выдержать какое-то время клубни картофеля или зерна пшеницы в улье и попробовать затем прорастить их - ничего не выйдет! Точно так же не прорастают и те миллионы зерен цветочной пыльцы, которые пчелы сносят в улей. Если бы это случилось, объем пыльцы увеличился бы до такой степени, что она разорвала бы ячеи и сами соты.
Как мы увидим ниже, семья представляет собой подобие настоящего организма, а пчела - это как бы одна из его клеток. Подобно всякому организму, в том числе и нашему собственному, этот своеобразный организм защищается от инфекции. Иначе быть не может.
Количество питательных веществ, необходимых для поддержания жизни пчелиной семьи, грандиозно. Вместе с цветочной пыльцой в улей попадает множество бактерий, а также спор грибов и дрожжей. Немало их содержит и мед. Следовательно, не будь эти организмы инактивированы, тем или иным путем, в улье скоро образовался бы очаг гниения. Условия для этого там вполне подходящие: высокая температура (33–34°), повышенная влажность. А между тем, нет ничего чище здорового улья. Он не пахнет ничем, кроме воска (вернее, этот запах исходит от прополиса), все отбросы выносятся наружу, рабочие пчелы испражняются только за пределами улья.
Все сказанное дает материал для соблазнительной аналогии между пчелиной семьей и организмом, но, как ни любопытна функция антибиотиков в улье, ее одной, разумеется, совершенно недостаточно для последовательного сравнения улья с организмом.
Одиночка обречена на гибель
Меня давно интересовала одна, по-видимому общеизвестная, истина: общественных насекомых характеризует именно то, что они являются общественными и не живут поодиночке. А что случится, если пчел заставить жить в одиночку? Мой учитель Грассé, в лаборатории которого я работал, нашел эту мысль интересной, к тому же она была до того проста, что до тех пор не приходила никому в голову. Мы стали изолировать отдельных пчел, муравьев, ос, термитов и получили совершенно различные результаты. Осы, казалось, чувствовали себя не хуже и не лучше. Однако пчелы, термиты и муравьи погибали буквально через несколько дней. Удивленные этим результатом, не умея найти ему объяснение, мы считали, что рано или поздно нам придется продолжить наши исследования. Что же это за сильное воздействие, лишившись которого насекомое не может долго оставаться в живых?
Лишь спустя много лет я смог вернуться к этой работе и продолжить работу с пчелами. Мы еще раз убедились в том, что одиночки погибают гораздо быстрее, чем пчелы, живущие группами. Уже в группе из двух особей пчелы жили несколько дольше. Их число нужно было довести до четырех десятков на двести-триста кубических сантиметров, чтобы получить продолжительность жизни, близкую к нормальной. С другой стороны, если пчел-одиночек содержать без корма и воды, отделив их при помощи мелкой металлической сетки от большой группы пчел, то они выживают. При этом можно было наблюдать, как они просовывают сквозь сетку хоботок и чем-то обмениваются с семьей, находящейся по другую сторону сетки. Такой обмен, производимый через рот, постоянно наблюдается у пчел и у других общественных насекомых. Следовательно, представляется вероятным, что жизнь одиночки поддерживает какое-то вещество, которое вырабатывается только у пчел, объединенных в группы. Какова же природа этого вещества? Я провел эксперимент в четырех вариантах. В первом варианте опыта пчелы-одиночки подучали только сахарный сироп; во втором варианте - помимо сиропа также казеин, далее - казеин с добавлением различных витаминов и, наконец, только витамины. Лишь в последнем случае пчелы-одиночки прожили столько же, сколько пчелы, объединенные в группы (в особенности, когда они получали в пищу тиамин или биотин). Опыт очень прост, но как истолковать его?
Здесь, как и в других областях, исчерпывающее толкование может найти лишь тот, чье подсознание как бы вымощено огромным количеством прочитанного материала; нужно знать о своем предмете все, что можно о нем узнать, тогда, казалось бы, позабытые подробности чужих опытов внезапно всплывают в памяти; нужно стать тем, кого добрые люди уважительно величают словом "ученый" (кстати, в лабораториях это слово употребляется не иначе, как иронически). Это цель, к которой мы все стремимся и которой никогда не достигаем. Но в конце концов проработаешь лет десять-двадцать, и отдельные куски головоломки начинают как бы сами собой укладываться на свои места. И вспоминаешь, например, что Гайдак когда-то занимался определением химического состава тела молодых и старых пчел и отметил большие различия. В частности, организм молодых пчел гораздо богаче витаминами. Можно, таким образом, предположить, что хронический недостаток витаминов старые пчелы возмещают за счет постоянного контакта с молодыми; восстановление запасов идет путем обмена через рот… Это удобное и, по-видимому, вполне удовлетворительное объяснение.
Одна беда: оно неправильно. Ведь тогда молодые пчелы-одиночки должны были бы жить дольше, чем старые. На самом деле это не так: различие, если оно и есть, настолько незначительно, что им можно пренебречь. Где же все-таки объяснение? Может быть, одиночество ведет к потере витаминов? Но каков здесь смысл слова "потеря", если пчелы не испражняются в своем жилье и фактически ничего не теряют. Вот она опять перед нами - стена, в которую так часто упираешься в биологии. Придется искать обходного пути.
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.