Китайские, британские и австралийские биологи провели исследование, которое подтвердило наличие у шмелей абстрактного чувства ритма. Оказалось, что эти насекомые способны различать сложные паттерны, состоящие из световых вспышек и вибраций, и распознавать их даже при изменении скорости. Умение соотносить ритмические паттерны, воспринимаемые зрением и осязанием, указывает на то, что для понимания абстрактного ритма не требуется сложная структура мозга или развитый речевой аппарат.
Способность распознавать временные закономерности (мелодии), даже при изменении скорости воспроизведения, называется абстрактным восприятием ритма. Ранее этот навык рассматривался как основа человеческой речи и музыки, а среди животных был достоверно зафиксирован только у видов, способных к вокальному обучению, таких как певчие птицы. Исследователи считали, что для восприятия ритма необходимы специализированные нейронные связи между слуховой и моторной областями мозга. Голуби и крысы не смогли успешно пройти подобные тесты, поэтому ученые решили изучить когнитивные возможности насекомых.
Авторы исследования, опубликованного в журнале Science, для проверки способности шмелей к распознаванию ритмов, исследователи создали искусственный «луг» с шестью электронными «цветками», оснащенными микроконтроллерами и светодиодами. Эти цветки непрерывно мигали, демонстрируя два различных сложных ритма. В центре цветков, излучавших правильный ритм, находилась капля сладкого сиропа. Другой ритм указывал на наличие горького раствора хинина, который не нравится шмелям. Исследователи выровняли паттерны: общая продолжительность свечения и длительность пауз в обоих вариантах были абсолютно одинаковыми. Шмели не могли ориентироваться на общую освещенность или простые визуальные подсказки — им приходилось запоминать саму структуру ритма.
В ходе проводимых исследований для насекомых была создана более сложная задача: знакомый ритм стали воспроизводить в новых, непривычных темпах – ускоряя или замедляя его. На заключительном этапе шмелей индивидуально помещали в Т-образный лабиринт, где световое воздействие заменили вибрацией. В лабиринте насекомые запоминали сложные ритмичные колебания поверхности и без проблем находили источник питания. После успешного обучения биологи прекращали вибрацию и переходили к визуальному тесту, в котором тот же ритм представлялся во форме световых вспышек.
В ходе всех проверок шмели безошибочно определяли подходящие кормушки. Они успешно распознавали абстрактный ритм, как при изменении скорости, так и при переходе от тактильного восприятия к визуальному. Перед тем, как сделать выбор, насекомые демонстрировали поведение, характерное для внимательных слушателей: они не приземлялись сразу, а некоторое время зависали над цветком. Если шмель находился в воздухе около 1,2 секунды – продолжительность, соответствующая одному полному циклу ритмического рисунка, – вероятность правильного выбора достигала 85-100%.
Исследование выявило, что для понимания абстрактного времени не нужны эволюционные изменения у видов, способных к пению. Способность распознавать сложные ритмические структуры может формироваться даже в мозге шмеля, размеры которого сопоставимы с кунжутным зерном. В своем исследовании ученые предположили, что у насекомых эта способность возникла в связи с необходимостью анализа оптического потока – ритмичного изменения света и тени, который мозг шмеля обрабатывает для ориентации и поддержания скорости во время полета.