Шмели освоили азбуку Морзе

Новости МирТесен

Шмели способны различать короткие и длинные световые сигналы, что помогает им в поисках пищи. Эта способность, схожая с умением расшифровывать азбуку Морзе, ранее полагалась только животным с позвоночной системой.

Умение учитывать временные факторы необходимо животным для сохранения жизни. Оно позволяет им планировать добычу продовольствия, взаимодействовать с другими особями своего вида и уклоняться от опасностей. Так, колибри запоминают, с какой скоростью восполняется нектар в цветах, чтобы посещать их в подходящее время. У медоносных пчел наблюдается сложный «танец», в котором продолжительность движений сообщает о расстоянии до источника пищи.

Способы, которыми животные воспринимают время, охватывают широкий диапазон: от многолетних сезонных ритмов до промежутков в доли секунды. Многочисленные циклы, например, чередование дня и ночи, управляют внутренними биологическими часами, которые зависят от синтеза белков. Однако эти процессы слишком медлительны, чтобы объяснить способность животного определять короткие промежутки времени, измеряемые секундами. Ранее полагалось, что такой навык доступен исключительно позвоночным с более сложной организацией мозга, таким как обезьяны, крысы или голуби.

Как насекомые решают подобные задачи, обладая крошечной нервной системой, долгое время оставалось загадкой. Их мозг не превышает одного кубического миллиметра в объеме, однако они проявляют сложное поведение. Изучение их возможностей позволяет лучше понять основополагающие принципы функционирования нервной системы.

Биологи провели исследование, чтобы установить, способны ли шмели Bombus terrestris различать длительность визуальных сигналов, чтобы принимать решения. Результаты опубликованы в журнале Biology Letters.

Ученые создали лабиринт, состоящий из трех камер. В каждой камере был установлен монитор, на котором демонстрировались два мерцающих желтых круга для шмелей. Один круг мигал с небольшими перерывами, обозначенными как «точка», а другой – с более продолжительными, условно «тире».

Во время тренировки один из стимулов ассоциировался с положительным подкреплением – выдачей сладкого сиропа, а другой – с неприятным опытом, выражающимся в капле горького раствора хинина. Для того чтобы насекомые не запоминали расположение награды, а фокусировались на самом сигнале, места, обозначаемые символами «точка» и «тире», регулярно изменялись.

Обучение прекращалось, когда пчела успешно справлялась с 15 правильных выборов из 20 предложенных. Затем следовала фаза тестирования, в ходе которой сладкие с хинином капли заменялись на воду. Это необходимо было для подтверждения того, что реакция насекомых обусловлена исключительно продолжительностью световых вспышек, а не запахом или другими сопутствующими факторами, связанными с вознаграждением.

Изучение проводилось в два этапа. На первом этапе наблюдалось различие в общей продолжительности свечения для «длинных» и «коротких» сигналов. Так, в одном из случаев «длинный» сигнал горел пять секунд, а «короткий» – всего одну секунду.

Во втором эксперименте задача была усложнена. Суммарная продолжительность свечения для обоих сигналов была выровнена. В течение пятисекундного цикла «длинный» и «короткий» сигналы в сумме светились 2,5 секунды, однако с различной частотой и продолжительностью отдельных вспышек.

В обоих проведенных экспериментах шмели продемонстрировали успешное выполнение поставленной задачи. Они освоили поиск сигнала, указывающего на вознаграждение, без ошибок, даже когда общая освещенность от двух кругов была идентичной. В первом эксперименте 16 из 20 шмелей, а во втором — 17 из 21 показали результаты, превосходящие случайные. Это подтверждает, что насекомые принимали решения, полагаясь на продолжительность отдельных вспышек, а не на общую яркость или частоту мерцания.

Полученные данные свидетельствуют о том, что шмели способны обрабатывать информацию, связанную со временем, что раньше не приписывалось насекомым. Эти способности не обусловлены генетически заложенными методами поиска пропитания, поскольку в естественной среде шмели не встречают мерцающие сигналы. Скорее всего, они используют более универсальные механизмы обучения.

Исследователи полагают, что схожие нейронные сети могут быть задействованы как в восприятии времени, так и в ориентации в пространстве, например, при определении скорости движения. Анализ таких высокоэффективных «вычислительных» систем у насекомых способен пролить свет на принципы работы мозга на фундаментальном уровне.