Шмели-кладовщики заменят добытчиков пищи при истощении запасов колонии
Шмели живут в небольших колониях с гибкой системой распределения труда. Если шмели, добывающие для колонии пищу, исчезают (например, уничтожены хищником), их роль берут на себя особи из центральной области улья, в которой хранятся запасы пищи. Ученые из США наблюдали за колонией с помощью автоматической системы распознавания индивидуально помеченных особей и
результаты в
Социальные насекомые (муравьи, пчелы, осы и термиты) относятся к числу наиболее эволюционно успешных животных на Земле. В колониях социальных насекомых происходит разделение труда между особями для выполнения важнейших коллективных задач — строительства, уборки, питания, ухода за личинками, защиты от хищников и паразитов. Распределение труда считается ключевой адаптацией социальных насекомых. Шмели (Bombus impatiens) живут в относительно небольших (50-200 особей) колониях с гибкой системой разделения труда. Колония может работать слажено, как единый организм, однако она не имеет управляющего центра. Распределение рабочих задач между особями происходит с использованием локальной информации. Это может быть тактильная, зрительная, химическая или звуковая информация. Информация, такая, как сигналы голода от личинок или количество запасов в хранилище еды, не распределена равномерно по всей колонии, а связана с конкретными локациями. Особи тоже держатся в определенных зонах колонии, получая актуальную информацию в первую очередь именно из своих рабочих зон и колония может гибко менять рабочее расписание в ответ на изменение условий среды; в своей работе ученые изучили, что заставляет шмелей сменить специализацию.
Джеймс Кралл (James D. Crall) и его коллеги проводили наблюдения за 19 колониями шмелей. Все шмели — около 1700 особей — были взвешены и помечены индивидуальными метками, напечатанными на водостойкой бумаге и приклеенными на спинку шмеля. Каждая колония была перенесена в специально разработанную гнездовую камеру с двумя тоннелями, ведущими наружу. Гнездовая камера и тоннели были оборудованы камерами, регистрирующими местонахождение шмелей примерно 140 раз в день в течение двух недель. Программа автоматического отслеживания по меткам регистрировала перемещение особей. Данные о перемещении шмелей были совмещены с ключевыми местами гнезда — областями выращивания личинок, хранения пищи и другими. Отдельно регистрировались все особи, проходящие через тоннели для добычи пищи и обратно. Ученые выделили четыре вида деятельности шмелей: кормление, уход за потомством, охрана и отдых. Наблюдения показали, что большинство шмелей (95 процентов) участвовали в трех из четырех видов деятельности в течение дня, но каждая особь в основном занималась чем-то одним.
Затем авторы провели эксперимент на нескольких колониях, удалив оттуда по 15 шмелей, специализирующихся на добыче пищи. Таким образом, ученые имитировали нападение хищника, уничтожившего вылетавших наружу шмелей, и посмотрели, какие особи переквалифицируются в добытчиков пищи для колонии. Оказалось, что с большей вероятностью, за пищей стали летать те особи, которые держались в центре гнезда — в области хранения запасов, а значит, были лучше других осведомлены о потребностях колонии в пище. Именно информация о прекращении пополнения запасов стала ключевым сигналом к смене своей привычной деятельности на добычу еды. Результаты показали, что шмели держатся в определенных местах колонии день за днем и гибко реагируют на локальную информацию. Быстрое перераспределение рабочей силы в колонии шмелей имеет решающее значение для выживания в условиях изменений среды обитания.
В работе используется уникальная методика автоматического слежения за меченными насекомыми, позволяющая осуществлять круглосуточный контроль сразу за всей колонией. Этот метод открывает огромные возможности исследования поведения общественных насекомых.
Кооперация принимает в животном мире разнообразные формы, одной из крайних форм являются эусоциальные колонии насекомых. Среди млекопитающих есть один уникальный вид со сложной социальной организацией, напоминающей общественных насекомых. Это голый землекоп — грызун, образующий большие подземные колонии. В колониях землекопов есть матка - единственная размножающаяся самка. Между рабочими особями есть гибкая система разделения обязанностей в зависимости от их размера. Голый землекоп примечателен также тем, что живет очень долго, практически не болеет раком, не чувствителен к боли и недостатку кислорода.
Александра Кочеткова
Изучать на них магниторецепцию не получится
Исследователи из Великобритании и Германии на протяжении шести лет воздействовали суммарно почти на сто тысяч дрозофил магнитным полем и выяснили, что они не меняют свое поведение под действием этого поля и в целом никак на него не реагируют. Это опровергло результаты предыдущих экспериментов, где чувствительность мух к магнитному полю была доказана, — прошлые результаты ученые посчитали ложноположительными. Работа опубликована в Nature. Некоторые животные обладают магниторецепцией — например, перелетные певчие птицы мигрируют в основном по ночам и ориентируются по магнитному полю земли. Точно не ясно, как работает их внутренний компас, но основная гипотеза такая: в сетчатке из глаз есть криптохромы — светочуствительные белки, которые реагируют на магнитное поле, а в мозге — нейроны, которые обрабатывают информацию, поступающую с магниторецепторов сетчатки. Такую же способность ученые обнаружили и у летучих мышей. По некоторым данным, магнитное поле чувствуют и плодовые мушки дрозофилы (Drosophila). Криптохромы из их сетчатки реагировали на магнитное поле в экспериментах in vitro, а в других исследованиях [1, 2, 3] под действием магнитного поля их поведение менялось. Поэтому мух иногда используют как модельный организм, чтобы изучать магниторецепцию: геном дрозофил можно редактировать, и эксперименты над ними ставить проще, чем над птицами. Марко Бассетто (Marco Bassetto) из Ольденбургского университета имени Карла фон Осецкого и его коллеги из Великобритании и Германии решили проверить, на самом ли деле дрозофилы чувствительны к магнитному полю. Они воспроизвели несколько экспериментов на гораздо большей выборке и в более контролируемых условиях. Сначала они запустили мух в Т-образный лабиринт, к одному из рукавов которого было приложено магнитное поле с индукцией около 500 микротесла. Установку разместили в электромагнитно-экранированной камере в деревянном здании — в итоге фоновые радиочастотные поля сильно ослаблялись и не должны были повлиять на эксперимент. Дрозофил тестировали группами по 100 особей; предполагалось, что наивные мухи будут избегать рукава с магнитным полем (как это было в ранних экспериментах), а если научить их ассоциировать поле с наградой в виде сахарозы, то они станут предпочитать этот рукав. Однако ничего из этого не подтвердилось: и наивные, и обученные дрозофилы выбирали оба рукава с одинаковой частотой. А вот в контрольных экспериментах мухам удалось связать награду и запах. Всего ученые провели почти 1000 тестов и протестировали таким образом 97650 мух. Затем они поместили дрозофил в вертикальные пластиковые трубки, помещенные между двойными катушками. К одной из трубок было приложено магнитное поле с индукцией 500 микротесла, а к другой — нет. В таких трубках мухи обычно поднимаются, сопротивляясь земному притяжению, — это называется отрицательным геотаксисом (личинки некоторых насекомых, напротив, стремятся вниз, к земле). В предыдущих исследованиях под действием тусклого синего цвета и магнитного поля мухи поднимались медленнее. Здесь же ученые не обнаружили никакой разницы в скорости подъема мух в зависимости от наличия магнитного поля. Однако, как и в раннем эксперименте, под действием красного цвета дрозофилы поднимались медленнее, чем под действием синего (магнитное поле все еще не влияло). Затем ученые усовершенствовали экспериментальную установку и проверили в ней магнитные поля 0,90, 220 и 300 микротесла. Однако и тогда магнитное поле не влияло на скорость подъема насекомых. В предыдущих исследованиях также сообщалось, что магниточувствительность мух проявляется под действием более коротких волн света. Авторы проверили и это, но и здесь дрозофилы никак не реагировали. Авторы заключили, что дрозофилы, судя по всему, не способны ощущать магнитные поля околоземной силы (ниже 500 микротесла). А статистический анализ показал, что результаты ранних экспериментов были, вероятнее всего, ложноположительными: на это указывают небольшие выборки и низкая статистическая мощность. Таким образом, изучать магниторецепцию лучше на ночных мигрирующих певчих птицах. А ранее исследователи из Канады и США выяснили, что нейроны птиц, реагирующие на магнитное поле, активны только во время миграции. Во время ночного отдыха их активность снижается.