Η εξέλιξη της αρχιτεκτονικής στο ζωικό βασίλειο

Τα πουλιά, τα θηλαστικά, τα ψάρια, τα κοινωνικά έντομα και πολλά άλλα είδη ζώων κατασκευάζουν μια ποικιλία από περίπλοκες φωλιές.

Οι ερευνητές γνωρίζουν από καιρό ότι οι σχετικές συμπεριφορές και η γενετική αποτύπωσή τους σε γονίδια πρέπει να εξελίχθηκαν μαζί με τη γενικότερη εξέλιξη των ζώων, ώστε να καταφέρνουν τελικά να φτιάξουν αυτές τις δομές.

Ομως, μόνο τις τελευταίες δεκαετίες μπόρεσαν οι επιστήμονες να αποκαλύψουν τη γενετική πλευρά της αρχιτεκτονικής στο ζωικό βασίλειο, τους φυσικούς νόμους που επιτρέπουν στις κατασκευές των ζώων να είναι αρκετά συμπαγείς και στους εκπληκτικά απλούς κανόνες συμπεριφοράς, που επιτρέπουν σε πολλά μικροσκοπικά ζώα, με ακόμη πιο μικροσκοπικό εγκέφαλο, να χτίζουν – για τα μέτρα τους – ουρανοξύστες.

Γενετική αποτύπωση

Οι επιστήμονες διερεύνησαν, αν σε σχετικά έξυπνα ζώα, όπως τα ποντίκια, είναι δυνατόν σύνθετες συμπεριφορές στην κατασκευή φωλιάς, αποκτημένες ως αποτέλεσμα της φυσικής επιλογής, να είναι αποτυπωμένες σε λίγα γονίδια.

Γι αυτό το σκοπό διασταύρωσαν ποντίκια που υπάρχουν μόνο στο νοτιοανατολικό τμήμα της Βόρειας Αμερικής και φτιάχνουν λαγούμια με έξοδο κινδύνου, με ποντίκια που υπάρχουν στο υπόλοιπο μέρος της ηπείρου και φτιάχνουν ρηχές τυφλές φωλιές, με μία μόνο είσοδο.

Ο λόγος που τα ποντίκια του νότου φροντίζουν να έχουν «πίσω πόρτα» είναι γιατί στις περιοχές που ζουν υπάρχουν πολλά φίδια… Ολα τα υβρίδια ακολουθούσαν το μοτίβο φωλιάς του βορρά. Διασταυρώνοντας τα υβρίδια που προέκυψαν, με ποντίκια του βορρά, διαπίστωσαν ότι τα δεύτερης γενιάς υβρίδια έφτιαχναν όλες τις δυνατές παραλλαγές φωλιάς.

Χρησιμοποιώντας τους νόμους του Μέντελ για την κληρονομικότητα, κατάλαβαν ότι πρέπει να υπάρχουν τουλάχιστον δύο γονίδια που καθορίζουν το μήκος της φωλιάς και την ύπαρξη ή μη εξόδου κινδύνου.

Βαθύτερη έρευνα έδειξε ότι η έξοδος κινδύνου καθορίζεται από ένα χρωμόσωμα, ενώ το μήκος της φωλιάς από τρεις περιοχές του γονιδιώματος, με αποτέλεσμα μεγάλη ποικιλία στο μήκος των λαγουμιών των υβριδίων δεύτερης γενιάς.

Η περιπλοκότητα και η ποικιλομορφία των φωλιών των θηλαστικών ωχριά μπροστά στις φωλιές των μελισσών, των σφηκών, των μυρμηγκιών και των τερμιτών. Παρότι όλα αυτά τα έντομα μοιάζουν εξωτερικά, κατασκευάζουν τελείως διαφορετικές και περίτεχνες φωλιές κι αυτό δεν είναι τυχαίο.

Διαπιστώθηκε, για παράδειγμα, ότι ακόμα και ένα εξωτερικό πορώδες δίκτυο από μη χρησιμοποιούμενους θαλάμους και σήραγγες στις φωλιές των τερμιτών λειτουργεί ως αντλία εισαγωγής οξυγόνου και εξαγωγής διοξειδίου του άνθρακα, αξιοποιώντας τις εναλλαγές θερμοκρασίας του περιβάλλοντος.

Αλλοι τερμίτες προστατεύονται από τους μύκητες τοποθετώντας ακτινοβακτήρια στα δομικά υλικά με τα οποία φτιάχνουν τα τοιχώματα της φωλιάς τους.

Απλοί κανόνες

Μετά την κατανόηση των περιβαλλοντικών συνθηκών και απειλών που ευνοούν ένα συγκεκριμένο είδος φωλιάς και την αναγνώριση των γονιδίων που σχετίζονται με αυτό, πρέπει να αποκαλυφθεί πώς αυτά τα γονίδια οδηγούν ένα ζώο στη διαδικασία της κατασκευής της φωλιάς.

Στην περίπτωση των κοινωνικών εντόμων, είναι εύκολο – όσο και λαθεμένο – να υποθέσει κανείς ότι ολόκληρη η αποικία απλώς υπακούει έναν κυβερνήτη, τη μεγαλόσωμη βασίλισσα που παίζει ρόλο μαέστρου.

Στην πραγματικότητα, δεν υπάρχει κανένα μεγαλειώδες αρχιτεκτονικό σχέδιο, παρά μόνο οι ασυνείδητες ενέργειες πολλών ατόμων του είδους, που ακολουθούν απλούς κανόνες, οι οποίοι όταν εφαρμόζονται συντονισμένα, μπορούν να παράγουν τις τεράστιες φωλιές των τερμιτών, τα δαιδαλώδη καταλύματα των μυρμηγκιών, ακόμα και τις περίτεχνες κυψέλες των μελισσών.

Τα τελευταία 15 χρόνια οι επιστήμονες ανέπτυξαν όλο και πιο σύνθετα μαθηματικά μοντέλα που μιμούνται τον τρόπο που απλοί κανόνες οδηγούν στην κατασκευή μιας φωλιάς σαν των τερμιτών.

Τα μοντέλα αυτά στηρίζονται στην υπόθεση ότι τα δομικά υλικά που χρησιμοποιούν οι τερμίτες καλύπτονται με μια φερορμόνη, που μέχρι να εξατμιστεί προκαλεί παρόμοια οικοδομική δραστηριότητα σε άλλους τερμίτες.

Ετσι όταν ένας τερμίτης – εργάτης αφήσει ένα «τούβλο» σε κάποιο σημείο, ένας άλλος, παρακινημένος από τις φερορμόνες που υπάρχουν σ’ αυτό, συνεχίζει την οικοδόμηση. Η διαδικασία προχωρά μέχρι που δύο καμπυλωτοί τοίχοι να συνενωθούν, φτιάχνοντας μια σήραγγα.

Ολο αυτό ήταν εύκολο να προσομοιωθεί, αλλά τι άραγε καθορίζει τη διάταξη των τοίχων, ώστε να σχηματίζουν δωμάτια στην κατάλληλη θέση και σήραγγες με κατάλληλη κατεύθυνση;

Και εδώ απλοί κανόνες φαίνεται να βρίσκονται στην καρδιά της πολυπλοκότητας. Για παράδειγμα, ο θάλαμος της βασίλισσας, εκεί όπου ζει τον περισσότερο καιρό το μοναδικό αναπαραγωγικό έντομο της φωλιάς, σχηματίζεται επειδή η βασίλισσα φαίνεται να εκπέμπει μια φερορμόνη, που δεν επιτρέπει στους εργάτες να χτίσουν κοντά της.

Ετσι οι τερμίτες – εργάτες χτίζουν σε μια σταθερή απόσταση απ’ αυτή, με αποτέλεσμα να σχηματιστεί ο βασιλικός θάλαμος. Οι επιστήμονες έχουν επίγνωση ότι απέχουν πολύ από το να έχουν καταλάβει με λεπτομέρειες τον τρόπο που οι τερμίτες ή οι σφήκες χτίζουν το σπιτικό τους.

Η απάντηση ωστόσο είναι ότι γι’ αυτό αρκούν ελάχιστοι κανόνες, κωδικοποιημένοι μέσα στα γονίδια και τα εκ γενετής σχηματισμένα νευρωνικά δίκτυα στους μικροσκοπικούς εγκεφάλους αυτών των εντόμων.