Шмели пожертвовали сном ради заботы о чужих детях

Ученые подсадили рабочих самок-шмелей к чужому потомству и обнаружили, что вблизи куколки насекомые спят примерно в три раза меньше, чем обычно. Такое же действие оказывал и пустой кокон, из которого уже вывелось насекомое, поэтому исследователи предположили, что куколки действуют на взрослых особей через феромоны. Судя по всему, организм шмелей умеет переключаться на бессонный режим под действием сигналов от потомства. Исследование опубликовано в журнале Current Biology.

Недостаток сна часто приводит к тому, что здоровье животного ухудшается, а смертность в популяции растет. Тем не менее, известны ситуации, в которых животные могут обходиться небольшим количеством сна — например, если они мигрируют, спасаются от хищника или, наоборот, тратят больше времени на поиск пищи.

Моше Нагари (Moshe Nagari) и его коллеги из Еврейского института в Иерусалиме предположили, что социальные беспозвоночные могут, подобно позвоночным, жертвовать сном и ради заботы о потомстве — примерно как это происходит у молодых мам. Для этого они экспериментировали со шмелями. У них, как и у пчел, есть сложная социальная структура: самки делятся на матку и простых рабочих. Рабочие могут откладывать неоплодотворенные яйца, из которых появляются самцы, а те, в свою очередь, оплодотворяют матку, и на свет появляются новые самки. В эксперимент отобрали рабочих самок, которые не откладывали яиц, то есть были временно бездетны.

Сначала ученые наблюдали за типами активности рабочих шмелей. Когда они находились внутри улья, они могли либо быть активными, либо высиживать яйца, либо спать. В том, что это действительно сон, исследователи убедились, светя шмелям в глаза направленным светом: порог их реагирования в фазе сна был в 20-150 раз выше, чем в остальные фазы.

Ученые также проверили, что сон шмелей можно нарушить: они действовали на насекомых вибрациями, и количество сна сократилось — оставаясь неподвижными, животные реагировали на раздражители и шевелили усиками. В последующие дни потревоженные шмели спали больше.

Затем исследователи помещали бездетных самок в один улей с куколками. Вне зависимости от того, сколько было куколок и какого они были пола — ученые пробовали подкладывать и будущих самцов, и будущих самок — длительность сна сократилась в 2-3 раза. При этом у шмелей перестраивался режим дня: днем вне улья они становились более активными, но и внутри него тоже не спали, а заботились о куколках.

Чтобы проверить, что именно мешает шмелям спать, исследователи провели четыре параллельные серии экспериментов. Сначала они поселили шмелей на несколько дней либо с кусочком воска (контроль), либо с коконом, из которого вывелся шмель, либо с коконом с куколкой внутри, либо с коконом с куколкой и дыркой, которая имитировала пустой кокон. Потом кокон или его аналог забирали и давали животным восстановиться.

Оказалось, что в тех случаях, когда куколка была внутри кокона, шмели постоянно недосыпали по сравнению с контролем. Когда им подкладывали пустой кокон, они сначала спали мало, а потом медленно догоняли контрольную группу. После того, как кокон забирали, животные начинали спать больше, даже контрольная группа (хотя у них различие было меньше, чем у других групп).

Судя по всему, сами куколки как-то влияли на сон взрослых особей. Похожие явления давно известны у самых разных животных, в том числе у людей и крыс. Но в таких случаях обычно детеныши сами будят родителей: шевелятся, кусают за соски или кричат. Куколки же остаются неподвижны и не издают звуков, к тому же, внутри улья обычно темно.

Поэтому исследователи предположили, что дело в феромонах, которые они выделяют. Это хорошо согласуется с тем, что они наблюдали в группе с пустым коконом: в первый день эффект сильный, а потом постепенно сглаживается. Авторы работы отмечают, что пока известен только один случай, когда животные «будят» друг друга феромонами: самцы дрозофил меньше спят в присутствии самок, потому что это дает им репродуктивное преимущество.

Отдельно исследователи отмечают, что после удаления кокона шмели не стремятся отоспаться, их количество сна просто постепенно возвращается к нормальным значениям. Вероятно, это говорит о том, что они не страдают от недосыпа, а просто переключаются в другой режим. И показательно, что к этому способны даже бездетные рабочие шмели, то есть их чувствительность к сигналам от куколок явно возникла вместе со сложной социальной структурой.

Зачем именно животным нужен сон, до конца неизвестно. Ученые обнаружили, например, что рыбки данио-рерио восстанавливают повреждения ДНК в нейронах только во время сна. В то же время дрозофилы могут иногда обходиться и совсем без него.

Полина Лосева