Рабочие шмели смогли выучить новый запах королевы

Ученые из Израиля и США приучили рабочих земляных шмелей к новому запаху их королевы, чтобы выяснить, будет ли он работать как феромон. Шмели выучили запах, но, вопреки ожиданиям ученых, в отсутствии королевы и в присутствии расплода этот запах стимулировал размножение рабочих, а не подавлял его. Ученые связали такой эффект с отсутствием самой королевы и пришли к выводу, что реакция этих насекомых на химические сигналы может меняться в зависимости от условий. Работа опубликована в Communications Biology.

Рабочие особи земляных шмелей, в отличие от медоносных пчел, сохраняют полноценные яичники и способны размножаться самостоятельно. Однако в присутствии королевы их репродуктивная активность подавляется — в основном за счет феромонов. Сила подавления зависит от контекста — возраста рабочих, наличия и стадии расплода, визуальных сигналов, социальной фазы колонии (в какой-то момент наступает фаза конкуренции, когда рабочие начинают откладывать яйца, из которых потом вылупятся самцы). Однако точный химический состав феромонов королевы до сих пор окончательно не установлен, и остается неясным, является ли реакция рабочих на запах королевы врожденной и неизменной — или же она может меняться под влиянием обучения и индивидуального опыта.

Чтобы в этом разобраться, исследователи из Университета штата Пенсильвания и Тель-Авивского университета под руководством Этьи Амсалем (Etya Amsalem) провели эксперимент с земляными шмелями (Bombus terrestris). Они решили обучить рабочих новому запаху королевы. Для этого взяли восемь колоний, в каждой из которых на момент начала исследования была одна королева и 6–7 рабочих особей. На протяжении 35 дней ученые ежедневно опрыскивали королев либо анисовым спиртом, либо метилантранилатом — искусственными цветочными ароматами, которые шмели не встречают в природе. Когда число рабочих в колониях достигало 20, ученые начинали тестирование. Чтобы проверить, запомнили ли шмели запах, в рукава Т-образного лабиринта ученые помещали фильтры со знакомым и незнакомым запахами. Рабочие втрое чаще выбирали рукав с тем запахом, которым пахла королева из их колонии на протяжении всего эксперимента. 

Убедившись, что шмели выучили запах, исследователи рассадили рабочих по трое в небольшие отсеки на семь дней, чтобы затем подсчитать количество отложенных ими личинок. Каждый день в эти временные домики помещали ватную палочку, пропитанную либо знакомым, либо незнакомым запахом, либо не имеющую запаха вовсе (для контрольных групп). В одной из серий этого эксперимента в отсеки с рабочими помещали расплод — яйца, личинок и куколок из их родной колонии. Без расплода запах не влиял на число яиц — все группы за неделю отложили примерно по 12 штук. Присутствие расплода на стадии яиц и личинок подавляло размножение рабочих, а на стадии куколок — наоборот, стимулировало. Однако именно в случае молодого расплода рабочие откладывали больше яиц при воздействии знакомого запаха, чем при воздействии незнакомого.

Ученые ожидали, что запах, который шмели научились ассоциировать с королевой, будет подавлять их размножение, подобно естественным феромонам, однако он, по всей видимости, немного стимулировал его. Они предложили два равновероятных объяснения этому. Первое связано с неполным или неоднозначным сигналом: в природе максимальное подавление размножения возникает у рабочих, когда они видят расплод и королеву и чувствуют ее феромоны. Здесь, поскольку королевы не было, рабочие могли решить, что она погибла или ослабла, и войти в фазу конкуренции, начав откладывать собственные яйца. Второе предположение, не исключающее первое, состоит в том, что шмели запомнили запах не как сигнал королевы, а как запах родного гнезда, который сигнализирует о безопасности и стимулирует к размножению в отсутствии королевы. Тот факт, что запах работал только в присутствии расплода, говорит о том, что реакция на химические сигналы у земляных шмелей зависит от контекста — а значит, она гибкая, а не инстинктивная.

Быть королевой в своем гнезде могут не только эусоциальные насекомые, но и некоторые млекопитающие —  например, голые землекопы (Heterocephalus glaber). Недавно ученые обнаружили, что феромоны их королев не подавляют размножение рабочих, а честно сигнализируют о том, что оставаться в родном гнезде им выгоднее, чем покидать его и размножаться самостоятельно.