Шмели перенимают новые знания от товарищей

Лабораторная колония земляных шмелей

Рис. 1. Лабораторная колония земляных шмелей, у которых, как выяснилось, имеется подобие культурного наследия: они способны обучаться новым поведенческим алгоритмам у окружающих, передавать и сохранять обретенную поведенческую схему в ряду новобранцев. Фото с сайта alexanderwild.com

Международная группа этологов провела серию интересных экспериментов на шмелях. В этих экспериментах шмели должны были освоить нехарактерный для них поведенческий алгоритм — научиться вытягивать из-под низкого столика за ниточку кормушку с сиропом. Помимо этого, их товарищи, наблюдая за этими действиями, имели возможность осваивать эту новую манеру поведения. В большинстве случаев такие наблюдения привели к успешному выполнению задания. В колониях шмелей, где имелся хотя бы один носитель нового навыка, этот навык быстро распространялся среди особей, причем учителями могли выступать все новые и новые «посвященные». Способность перенимать у особей своего вида привычки и поведение, а также передавать обретенные навыки неопытным преемникам, является критерием существования культуры, а это ровно то, что продемонстрировали шмели. Это исследование ставит вопросы о том, что считать культурой, ее элементарными составляющими. Ученые заключают, что сложная человеческая культура могла сформироваться на базе простых когнитивных свойств, таких как способность к обучению, повышенное внимание к особям своего вида, использование метода проб и ошибок.

В первой половине ХХ века термин «культура» употребляли исключительно по отношению к человеку, считая культуру продуктом человеческого сознания. К концу ХХ века стало ясно, что этот термин вполне приложим к различным видам приматов, китообразных, некоторых птиц. Так, даже скептиков убедили исследования распространения у макак привычки мыть бататы, работы по изучению особенных способов и объектов охоты в популяциях гренландских китов и касаток. Еще одним известным примером стал случай с синицами лондонских пригородов: они научились проклевывать крышечки на молочных бутылках. Все эти факты породили волну споров, что считать культурой, чем культура отличается от социального научения (обучение за счет наблюдения и подражания в обществе конспецификов с сохранением обретенного паттерна поведения в череде поколений). Обсуждают также роль подражания в культуре и социальном научении, и чем отличается простое подражание от истинного (истинное выполняется с учетом знания конечной цели действия).

Рис. 2. Этапы обучения шмелей новому навыку

Рис. 2. Этапы обучения шмелей новому навыку. На нулевом этапе шмели учились связывать получение корма с обликом экспериментальной кормушки — синего искусственного цветка. На первом этапе цветок был наполовину задвинут под крышку столика, и можно было вытянуть его одним движением за ниточку. На втором этапе цветок задвигали под столик на 75%, на третьем — целиком, а на последнем из-под стола торчала только ниточка (на видео из дополнительных материалов к обсуждаемой статье можно увидеть, как шмель справляется с 4 этапом). Из 40 шмелей 32 перешли на второй этап, обучившись манипулировать ниточкой с помощью передних лапок и челюстей, на третий и четвертый этапы перешли 29 и 28 шмелей соответственно. Полностью прошли обучение 23 шмеля. Рисунок из обсуждаемой статьи в PLoS Biology

Так или иначе, споры спорами, а исследования продолжаются. Пять лет назад вышла работа по распространению перенимаемого специфического брачного поведения в популяции дрозофил, и некоторые ученые предложили считать, что обретенный поведенческий паттерн — это свидетельство наличия культуры среди дрозофил (É. G. J. Danchin et al., 2010. Do invertebrates have culture?). В новом исследовании ученые из университета королевы Марии в Лондоне и норвежского университетского колледжа Волда изложили серию поведенческих экспериментов с обычными шмелями (Bombus terrestris). В этих экспериментах шмели продемонстрировали способность воспринимать необычный для них навык и распространять этот новый навык среди своих соседей. Как называть это явление — культурой или социальным научением — дело вкуса. Но только теперь совершенно точно при обсуждении происхождения культуры и ее сущности придется учитывать не только человека и животных с развитой центральной нервной системой, но и представителей беспозвоночных, таких как шмели.

Суть экспериментов состояла в следующем. Сначала необученных шмелей тренировали выполнять необычное для них действие — вытягивать за ниточку из-под прозрачной плексигласовой крышки кормушку с сиропом. Обучение проходило в четыре этапа (рис. 2), и в результате больше половины шмелей смогли освоить этот трюк.

Без обучения шмели не могли пройти этот тест: лишь два шмеля из около трехсот испытанных смогли вытащить кормушку за ниточку без всяких промежуточных тренировочных этапов.

Итак, экспериментаторы научили шмелей необычному трюку, который случайным образом они бы вряд ли выполнили. Далее им нужно было проверить, могут ли шмели научить друг друга чему-нибудь. Для этого рядом с кормушкой ставили прозрачную коробочку со шмелем, который до того в тренировках не участвовал, а к кормушке выпускали обученного шмеля. «Ученик» мог видеть действия умелого товарища. Затем и его самого выпускали к кормушке.

Более половины (60%) учеников-наблюдателей справлялись с задачей с первого раза. Правда, им требовалось для ее выполнения существенно больше времени, чем учителю. Но это понятно — они ведь только видели, как кормушка вытягивается за ниточку, но сами манипуляции лапками и челюстями ученику приходилось осваивать самостоятельно. Как показал анализ видеозаписей, шмель-ученик осваивал новый трюк методом проб и ошибок: имея в виду конечную цель, он пробовал разные манипуляции, и в конечном итоге находил успешный вариант (см. видео, на котором ученик выполняет задание, вылетев после наблюдения за демонстратором; видно, что задача дается ему не сразу, а только после нескольких неудачных целенаправленных попыток)

Шмель-учитель оказывается важным элементом обучения: если убрать демонстратора из схемы и просто вытягивать кормушку за ниточку, то шмель-наблюдатель не воспримет успешный алгоритм действия. Он будет суетиться вокруг столика с кормушкой, пытаясь залезть под него. Ни один из наблюдателей в эксперименте без учителя не справился с задачей.

Ученые попытались выяснить, насколько осмысленно обучение — то есть действительно ли ученики «понимают», зачем им нужна веревочка, или все-таки не очень. В частности, это проверяли, меняя направление веревки. Эта серия экспериментов показала, что если веревка лежит так же, как и в период обучение, то почти все (92%) шмели-ученики сразу летят к ней. А вот если направление веревки было другим, то сразу к ней летело всего 28,5% шмелей. Это мало отличается от случайного выбора из четырех вариантов (25%). Получается, что шмелям важнее, «где тянуть», чем «что тянуть».

В целом, совокупность экспериментов свидетельствует о том, что шмели могут набираться знаний, глядя на действия успешного демонстратора. Примерно так обучаются искусству приготовления суши: ученики просто находятся рядом и наблюдают, как день за днем мастер готовит суши (см. книгу Франса де Вааля The Ape and the Sushi Master: Cultural Reflections by a Primatologist).

Важно было проверить, как распространяется новое знание в шмелином обществе, будет ли оно передаваться от особи к особи. Если этого нет, то речь может идти не о культуре или социальном научении, а лишь о выработке условного рефлекса, пусть и очень хитроумного. В три колонии шмелей посадили по одному обученному демонстратору и затем выпускали шмелей случайными парами к кормушке с ниточками. Через некоторое время большинство особей в колонии освоили новый трюк. Так как все парные полеты записывались и все шмели имели индивидуальные метки, то можно было легко проследить, как идет распространение знаний. Обучать, как выяснилось, могли не только первоначальные носители знаний, но и их ученики, и ученики учеников (рис. 3). И даже больше — во время эксперимента один из трех изначальных демонстраторов умер, но распространение навыка в этой колонии все равно продолжалось. И это — доказательство возможности поддержания нового поведенческого алгоритма в череде восприемников даже после исчезновения первого носителя навыка.

Рис. 3. В такой последовательности шмели одной из колоний перенимали навык вытягивания кормушки из-под столика

Рис. 3. В такой последовательности шмели одной из колоний перенимали навык вытягивания кормушки из-под столика. Первый демонстратор обозначен желтым, его успешные ученики — оранжевым, их ученики — розовым, а их ученики — голубым. Толщина линий показывает число совместных полетов к кормушке, осуществленных данной парой, а размер кружков — число парных полетов, осуществленных данной особью. Номера — обозначения особей. Рисунок из обсуждаемой статьи в PLoS Biology

Ученые заключают, что способность особей к передаче друг другу сложных навыков, минуя генетическое наследование, служит основой для появления культуры. Эта способность проявляется тогда, когда конкретный навык становится важным и осуществимым. Если бы в случае английских синиц — любительниц утреннего молока — крышки оказались бы не из фольги, а из железа, или если бы лишь редкие англичане заказывали молочнику утреннее молоко, то у синиц не было бы ни возможности, ни стимула распространять и поддерживать необычный поведенческий алгоритм. А если бы англичане решили закрывать свои цветы низкими столиками, снабжая цветочки нитями, то английские пчелы наверняка прославились бы привычкой вытягивать себе цветы из-под столика. Механизм культурной передачи состоит из нескольких простых элементов — способности к обучению, действиям методом проб и ошибок, повышенному вниманию к поведению особей своего вида. Данные элементы свойственны многим, если не всем животным. Потому представления о процессе становления человеческой культуры на базе эволюционного развития простых поведенческих элементов, имеющихся у многих животных, видятся очень продуктивными.

Источник: S. Alem, C. J. Perry, X. Zhu, O. J. Loukola, T. Ingraham, E. Søvik, L. Chittka. Associative Mechanisms Allow for Social Learning and Cultural Transmission of String Pulling in an Insect // PLoS Biology. 2016. DOI: 10.1371/journal.pbio.1002564.

Елена Наймарк


20
Показать комментарии (20)
Свернуть комментарии (20)

  • leonid_ge  | 31.10.2016 | 13:50 Ответить
    Интересно, как продвигаются исследования "мозга" пчел.
    Сканируют ли им мозг, подключают ли электроды к нейронам?
    Вообще, насколько велика у них память.
    Было исследование, показавшее, что у пчел есть ген, отсутствие которого приводит к тому, что они перестают открывать ячейку соты для кормления детвы, то есть, ген точно кодирует некое действие.
    Интересно, какие действия пчел закодированы в генах, а какие - переняты культурно.
    Ответить
    • Nnrmnd > leonid_ge | 31.10.2016 | 16:59 Ответить
      Батенька вы садист. Электроды, объём памяти. Бенчмарк прикрутить изволите? Вы слишком человекообразно мыслите вам не кажется? Вы веруете что гены кодируются рандомным образом по воле случая? генетическая информация это своеобразный архив данных, который обязан накапливаться вполне направленным образом чтоб обеспечить выживание социального организма, чтоб он оставался слаженным из поколения в поколение. Так что наиболее ключевое культурное заимствование рано или поздно должно лечь в гены. я не ссылаюсь на какие то исследования я озвучиваю единственный возможный устойчивый вариант эволюции колонии - аккумуляция общеполезного опыта в генетический материал. Или "окологенетический". Если мне или вам неизвестны механизмы обеспечивающие такое архивирование - мы будем сидеть и воображать что суслика нет?
      Ответить
    • VladNSK > leonid_ge | 01.11.2016 | 15:02 Ответить
      Я где-то читал, что у членистоногих вся "культура" сосредоточена в генах, в виде инстинктов.

      А у более продвинутых видов уже начинает играть роль обучение.
      Ответить
      • leonid_ge > VladNSK | 01.11.2016 | 15:42 Ответить
        Это исследование как раз и опровергает то, что вы читали.
        Ответить
        • VladNSK > leonid_ge | 01.11.2016 | 16:35 Ответить
          Да, видимо так и есть.
          Ответить
  • nan  | 31.10.2016 | 17:54 Ответить
    А если “обучающийся” воспринимал вовсе не техническую последовательность извлечения кормушки, а по виду учителя-шмеля видел, что тот получил корм, что корм есть. Просто из-за стекла он бы мог не понять, что корм есть когда его вытягивал экспериментатор (нет запахи и других доступных признаков корма.).
    Т.к. стало понятно, что ученик сам должен методом проб и ошибок научиться добывать кормушку, и он не копировал методику извлечения, то более правдоподобно предположить, что никакого обучения и не было, а была просто передача сведений, что есть еда.
    Ясно, что методика не достаточно хорошо описывает подобную возможность, что она явно не достаточно хорошо методологически построена, раз допускает такие проколы.
    Ответить
    • naimark > nan | 31.10.2016 | 18:25 Ответить
      То, что есть еда, шмели и без того знали, так как всех их предварительно тренировали находить еду в синем цветке. Кроме того, запах из-под столика шмели превосходно чувствовали, так как в первую очередь пытались подлезть под крышку столика. Методика описана очень подробно и продумана основательно, Вы можете прочитать подробнее в самой статье.
      Ответить
      • karpanin > naimark | 31.10.2016 | 18:50 Ответить
        Но обучаются ли шмели новому навыку, или новому пути к цветку (столько то минут полёта плюс столько то перебираний лапками по верёвочке и мы у цели)?
        Ответить
        • naimark > karpanin | 01.11.2016 | 11:25 Ответить
          Похоже, что новому навыку. Об этом говорит тот вариант опыта, где ниточку перекладывали на другую сторону столика, и шмели сразу понимали, куда и зачем им нужно лететь. Кроме того, сколько лететь до цели и сколько перебирать лапками - это тоже непросто понять (подсчитать?), запомнить. Если шмель запоминает эти признаки, то он исключительно умен.
          Ответить
          • karpanin > naimark | 02.11.2016 | 15:35 Ответить
            Я нисколько не сомневаюсь в умственных способностях шмелей.
            Ответить
  • karpanin  | 31.10.2016 | 18:16 Ответить
    Интересно, а что думают теоретики? Из скольких нейронов должна состоять нейронная сеть, чтобы на базе группы таких сетей стало возможным создать феномен культуры?
    В случае со шмелями, приобретение это нового навыка или не совсем обычное проявление общения на языке кругового танца пчёл? В пользу чего может говорить то, что шмелям важнее «где тянуть», чем «что тянуть».
    Ответить
    • napa3um > karpanin | 02.11.2016 | 10:08 Ответить
      Теоретический минимум для возникновения перенимаемой культуры - один нейрон, т.е., in silico можно смоделировать интеллектуального агента с простым набором реакций и состояний, для которого бы поведение других подобных агентов было бы равноправным со средой источником сигналов для запоминания и воспроизведения управляющих последовательностей. Важно не количество нейронов, а то, как они связаны с телом интеллектуального агента, и то, как это тело связано со средой. Количество нейронов определяется сложностью системы тела-среды (количеством возможных обобщений сигналов), а культура является набором инвариантов взаимодействия особей, обусловленных накопленными всеми особями состояниями среды.

      Важность "где тянуть" по сравнению с важностью "что тянуть" зависит не от культуры пчёл, а от способа символизации поведения пчёл наблюдателем. Т.е., от человеческих теоретических и практических задач, моделей, от человеческой речи и от человеческой культуры.
      Ответить
  • LyCo  | 31.10.2016 | 19:57 Ответить
    Спасибо, отличная статья и исследование. Приятно видеть, что изучение гуманитарных и культурных явлений научными методами продолжается.

    Несколько специфический вопрос: насколько я понимаю, Скиннер считается психологом, хотя изучал не только людей, но и животных, но рассматривал все это в целом. Сейчас же, у меня сложилось такое впечатление, что возникло разграничение на психологию, которая во многом опустилась до уровня астрологии, и этологию, где изучают поведение качественными методами вроде описанного исследования. Это так? И если да, то в чем причина?
    Ответить
    • naimark > LyCo | 01.11.2016 | 11:32 Ответить
      Скиннер прославился изучением голубей в основном. В этой области знания есть нейропсихология, когнитивная этология и психология, сравнительная этология и т.д. В каждой области применяются разые методы, и каждый из них дает что-то свое. Сама психология - это очень сложная область знаний, но она все же базируется на устойчивых симптомах поведения (как я понимаю), так что вполне доступна для исследования научным методом. Есть, например, целый журнал - Эволюционная Психология - где публикуют исследования, основанные на фактологических исследованиях, а не на философских рассуждениях. Если интересно, то посмотрите его.
      Ответить
  • VladNSK  | 01.11.2016 | 15:03 Ответить
    Очень интересно. Спасибо!
    Ответить
  • dilukhin  | 02.11.2016 | 19:52 Ответить
    Какой простор открывается! Можно обучить шмелей чему-нибудь полезному в народном хозяйстве. Поиск/сбор каких-либо ресурсов (на ум приходят живица и трюфели), контроль качества продукции, исследования износа труб, поиск утечек, защита/нападение в том или ином виде - можно, например, научить шмеля гоняться за дроном и сбрасывать ему леску чтоб на винт намоталась, или же распознавать по запаху своих и чужих и сигнализировать, да чего только не делают одомашненные живые существа!
    Ответить
  • Igor_Igor  | 04.11.2016 | 13:50 Ответить
    Не является ли использование термина "культура" здесь несколько произвольным? Интуитивно кажется, что ключевым свойством "культурного" (связанного с культурным пластом) поведения является его неутилитарность (отсутствие прямой практической пользы для особи или коллектива). Кажется, что собственно на "культурное" поведение больше похожи примеры про капуцинов (недавняя статья здесь же - "Южноамериканские обезьяны изготавливают..."), рисунки мамонтов на стене пещеры или, возможно, упомянутые в данной статье особенности брачного поведения дрозофил, но не такие утилитарные действия, как добыча (вне зависимости от способа приобретения пусть и сложного и нового навыка) корма пчелами или синицами.
    Ответить
    • naimark > Igor_Igor | 04.11.2016 | 14:18 Ответить
      Существует тысячи определений термина культура. Если вы против утилитарности, то обязательно найдете среди этой тысячи удобное для своего мировоззрения, научного или обиходного. Но! - если вы считаете рисунки мамонтов на стенах пещер неутилитарными, то древние люди наверняка бы вам возразили - более чем вероятно, что они считали эти рисунки очень полезными для успешной охоты. Попробуйте возразить исполняющим тот или иной религиозный обряд, что они занимаются непрактическим делом, и вы тут же получите миллион протестов. Вам придется давать точное определение термину "утилитарность" в этом случае, а это совсем непросто.
      В целом культура видится исключительно важным эволюционистов фактором и при этом совершенно выпущенным из поля зрения исследователей-эволюционистов.
      Ответить
      • sVv#14 > naimark | 08.01.2017 | 20:04 Ответить
        "если вы считаете рисунки мамонтов на стенах пещер неутилитарными, то древние люди наверняка бы вам возразили - более чем вероятно, что они считали эти рисунки очень полезными для успешной охоты" - Пардон, но это исключительно Ваша интерпретация палеолитической культуры, для которой у современного человека нет аналогов. Даже папуасы знают, что такое композиция, даже австралийские аборигены могут нарисовать последовательные эпизоды или сделать "рентгеновский рисунок" - птичка. а в ней яйцо, кенгуру, а в сумке детеныш и в животе еще один, поверх кишок, пониже сердца. НИЧЕГО ЭТОГО В ПАЛЕОЛИТЕ НЕТ. Зато обилие палеолитических рисунков, дошедших до нас потрясает. Учитывая численность населения Европы того времени, получается, что эта публика рисовала на порядок чаще, чем наши папуасы, или даже эскимосы в длинные полярные ночи. Им что, больше делать нечего было?
        Ответить
  • Galkin34  | 08.11.2016 | 23:55 Ответить
    Интересная статья, поведение шмелей напоминает поведение людей) Далеко не секрет, что в общине если 1 индивид делает какое либо действие, и это действие оказывается "странным", пусть даже это действие и не принесло положительного результата, то найдутся последователи которые начнут повторять эти "странные" действия...а если эти "странные" действия принесли положительный результат, то остальные участники общины начинают очень быстро повторять копировать действия друг друга...при чем первооткрыватель положительного опыта может быть и вовсе забыт. Ну у людей есть конечно история, культура, наиболее успешные первооткрыватели заносятся в историю ну или по крайней мере остаются в памяти...у шмелей же в колонии думаю все гораздо проще, там не важно кто и что сделал, главное чтобы это принесло пользу колонии. А ведь если присмотреться к поведению людей сейчас в высокотехнологичном мире, то наблюдается та же самая последовательность - 1 индивид придумал например заработок в интернете, тут же находится куча последователей...и понеслось, от создания сайтов до каналов на ютубе, блогеров)
    Ответить
Написать комментарий

Другие новости


Элементы

© 2005-2017 «Элементы»