Шмели научили друг друга дергать за веревочку

Зоологи из Лондонского университета обнаружили, что взаимное обучение, благодаря которому в популяциях могут возникать и закрепляться культурные практики, характерно не только для высших позвоночных, но работает даже у насекомых. Установить это удалось с помощью эксперимента на шмелях, которых исследователи обучили вытаскивать награду из недоступного места с помощью веревочки. Научившись этому сами, отдельные шмели смогли распространить новое умение в своих колониях. Исследование опубликовано в журнале PloS One.

Эксперимент проводился в следующих условиях. На столе в экспериментальной комнате находился искусственный цветок — крышка от микропробирки с раствором сахара, вокруг которой был закреплен синий «околоцветник». Искусственный цветок был закрыт прозрачным куском плексигласа, так что насекомые не могли добраться до сахара. Однако его можно было вытащить из под укрытия с помощью привязанной к нему веревочки. Эту систему, «веревочный тест», ученые использовали для того, чтобы изучить, как сложное и не встречающееся в природе поведение может возникать и закрепляться в популяциях насекомых — животных, чье поведение кажется полностью генетически запрограммированным.

На первом этапе всех использованных в эксперименте насекомых научили пить из искусственных цветов, чтобы они понимали, что внутри находится награда. Затем некоторых из шмелей учили пользоваться веревочкой. Для этого сначала насекомым предъявляли цветки, закрытые плексигласом только наполовину, потом закрытые на 75 процентов, затем закрытые полностью и, наконец, такие, что находились глубоко под пластинкой.

В результате чуть больше половины насекомых, прошедших пошаговое обучение, оказались способны вытягивать цветки из-под плексигласа. В среднем в у каждого шмеля на это ушло около пяти часов чистого времени. В последующих экспериментах некоторые из самых «талантливых» шмелей использовались в качестве демонстраторов в эксперименте по социальному обучению. Проводился он следующим образом: сначала шмеля-ученика помещали в прозрачную коробку на столе, где лежали цветки, а затем туда же выпускали шмеля-учителя. Ученик мог наблюдать за тем, как поступает с цветком учитель, но не мог при этом вмешиваться и не получал награды. После этого учеников выпускали из коробки и давали им самостоятельно попробовать достать цветок. Поведение шмеля при этом записывалось и тщательно анализировалось.

Оказалось, что насекомые действительно обращают внимание на поведение своих сородичей и обучаются на их примере: около шестидесяти процентов учеников скопировали поведение учителя. Следует отметить, что без предварительной демонстрации научиться вытаскивать полностью закрытый цветок не мог почти ни один шмель — именно поэтому для обучения самих учителей-демонстраторов использовали поэтапный способ. Исключением из сотен протестированных насекомых стали всего два «гениальных» шмеля, что говорит о низкой вероятность спонтанного возникновения такого поведения без влияния сородича.

Ученые, однако, не только показали высокую вероятность обучения у сородичей, но и вскрыли некоторые из его механизмов. Анализ видеозаписей показал, что насекомые прежде всего обращают внимание на то, где находился шмель-учитель при выполнении задания. После демонстрации ученики чаще всего приземлялись именно в этом месте площадки. Такое поведение этологи называют локальным усилением. Кроме того, ученики, хоть и в меньшей степени, демонстрировали и стимульное усиление — т. е. обращали внимание на предмет, с которым взаимодействовал учитель, в данном случае — веревочку. Они чаще приземлялись туда, где была она была выведена из-под плексигласа. В-третьих, обучение насекомых обеспечивалось положительной обратной связью с визуальным стимулом, — этот механизм лежит в основе метода проб и ошибок. Ученые показали, что для учеников очень важно видеть, как в результате их попыток синий круг «околоцветника» начинает сдвигаться в их сторону. Например, когда веревочку складывали гармошкой — так, что потянув за нее, ученик не мог сразу видеть приближение награды — шмели так и не смогли ничему научиться. При этом бóльшая часть насекомых, которые уже освоили веревочный тест, проходили его и в варианте с гармошкой — они продолжали тянуть за нить даже тогда, когда цветок не двигался.

Из всех этих наблюдений ученые делают вывод о том, что для социального обучения вовсе не обязательно обладать сложноорганизованной нервной системой высшего животного. Для этого не требуется быть способным к «инсайту», т. е. понимать роль предметов, используемых учителем. Не нужно и имитировать его поведение (как это, например, делают дети) — достаточно сочетания локального и стимульного усиления внимания вместе с силой метода проб и ошибок.

В последней серии экспериментов ученые показали, что социальное обучение может приводить к формированию «поведенческих культур» в популяциях, когда особенности поведения наследуются не генетически, а поддерживаются за счет взаимного обучения. Для этого авторы взяли несколько колоний шмелей, в часть из них запустили обученных насекомых и наблюдали за поведением каждой из особей и колонии в целом.

Оказалось, что новая технология вытаскивания цветков из-под пластинки очень быстро распространилась во всех колониях с учителями. Но в колониях, где их не было, новую способность насекомые так и не смогли приобрести спонтанно. Интересно, что довольно быстро члены колонии стали обучаться не только у первого учителя, но и у обученных им учеников. За счет этого время существования нового поведения, как показали авторы, может быть существенно больше времени жизни самых изобретателей этого поведения — т. е. речь действительно идет о поведенческой культуре, которая отличает не отдельных особей друг от друга, а одну колонию от другой.

Культурное наследование поведения в животном мире хорошо известно, но до сих пор оно было показано только на высших животных: млекопитающих и птицах. Классическим примером можно считать способность синиц открывать крышки у оставленных молочником бутылок с молоком (что было показано еще в середине прошлого века) или традицию японских макак мыть найденные корнеплоды в воде. Подробный обзор подобного поведения с точки зрения нейробиологии и эволюции можно прочитать здесь.

Александр Ершов