Земляные шмели любят играть в футбол

В одном из предыдущих экспериментов было замечено, что шмели не прочь повозиться с деревянными шариками. Теперь ученые доказали, что этим насекомым действительно не чужда игра ради собственного удовольствия. Фото с сайта newscientist.com

Множество животных способны играть, манипулируя окружающими предметами не ради определенной цели, а просто для забавы. Млекопитающие, птицы, рептилии, даже рыбы — в последние годы накапливается все больше данных о том, что для игры вовсе не обязательно обладать крупным мозгом или ловкими конечностями. Теперь ученым удалось обнаружить, что чувство удовольствия от, казалось бы, бесцельного времяпровождения доступно даже насекомым: у обычных земляных шмелей выявилось поведение, которое по всем критериям подошло под определение игрового. Ученые предоставили им возможность взаимодействовать с небольшими шариками, и все участвовавшие в эксперименте шмели так или иначе поиграли в «футбол», перекатывая шарики по игровой арене. При этом молодые особи играли чаще взрослых, а самцы проводили за этим занятием больше времени, чем самки.

Как понять, когда животное или человек ведут себя «серьезно», а когда просто получают удовольствие от процесса, иными словами — играют? Ученые предложили пять критериев, которым должно отвечать поведение, чтобы его можно было считать игровым. Во-первых, в текущем контексте это поведение не должно быть функциональным, то есть не должно приводить к какой-то очевидной выгоде вроде порции пищи или партнера для спаривания. Во-вторых, игровое поведение должно проявляться спонтанно и без подкрепления: наградой играющему служит сам процесс. В-третьих, игровые движения должны отличаться от движений «серьезного» поведения, например, за счет большей амплитуды: так, играющие кошки подпрыгивают выше и бьют лапами размашистей, чем на настоящей охоте. В-четвертых, игровому поведению свойственна повторяемость, но последовательность не жесткая, в нее легко встраиваются новые элементы. Наконец, в-пятых, игровое поведение проявляется даже в условиях отсутствия стресса, то есть служит не только для «сбрасывания» напряжения, как это происходит при стереотипии.

Хотя при словах «играющее животное» большинство людей представят забавляющихся щенят, жеребят или, в лучшем случае, ворон и попугаев, игра — не достояние одних лишь млекопитающих и птиц. За последние годы накопилось немало данных о том, что играть способны рептилии и даже рыбы (V. Dinets, 2015. Play behavior in crocodilians; G. M. Burghardt et al., 2014. Highly Repetitive Object Play in a Cichlid Fish (Tropheus duboisi)). Однако все это — позвоночные животные, тогда как об игровом поведении у беспозвоночных научных данных по-прежнему удручающе мало. А ведь беспозвоночные составляют около 99 процентов всех животных на нашей планете и обладают удивительными способностями к обучению, сравнимыми, а то и превосходящими самых «мозговитых» позвоночных! Но вот о том, как они развлекаются, ученые почти не знают, — во многом из-за того, что сведения об играх беспозвоночных в основном носят анекдотичный характер и не подтверждены экспериментами, доказывающими, что наблюдаемое поведение действительно является игрой. Лишь сравнительно недавно исследователи начали проводить тщательное изучение игрового поведения беспозвоночных, например, зафиксировав его у обыкновенных осьминогов (Octopus vulgaris).

Что касается насекомых, то отдельные упоминания их «игр» появлялись еще в XIX веке, и с тех пор накопились свидетельства о «шуточных драках» муравьев, ос и тараканов (L. Dapporto et al., 2006. Dominance interactions in young adult paper wasp (Polistes dominulus) foundresses: A playlike behavior?, C. M. Olomon et al., 1976. Ontogenetic and temporal aspects of agonistic behavior in a cockroach, Periplaneta americana), «игривых полетах» пчел и «причудливых кривляниях» молодых водяных палочников, которые проводили часы за странными движениями, никогда не наблюдаемыми у взрослых особей (A. Cloarec, 1982. Influence of the Duration of Deprivation on the Predatory Performance of the Water Stick Insect). Однако теперь, столкнувшись с еще одним кандидатом на звание «играющего насекомого» — земляным шмелем (Bombus terrestris), который в одном из предыдущих исследований (см. новость Перенимая опыт у товарищей, шмели подходят к делу с умом, «Элементы», 27.02.2017) без видимой пользы катал деревянные шарики по экспериментальной арене, — исследователи решили провести полный комплекс экспериментов и убедиться, что имеют дело именно с игрой, а не со стереотипией, пищевым поведением или чем-то еще.

Для проведения экспериментов была выбрана одна колония шмелей, в которой несколько групп насекомых получили индивидуальные метки в течение 24 часов после выхода из кокона (юный возраст устанавливали по серебристому оттенку волосков брюшка, которые в дальнейшем приобретают черно-желтую расцветку). Возраст шмелей на момент эксперимента составлял от 1 до 23 дней. В качестве «игрушек» ученые использовали деревянные шарики диаметром 15 миллиметров: часть из них окрасили в желтый и фиолетовый цвета, после чего «игрушки» покрыли пластиком, чтобы их можно было обрабатывать спиртом для удаления запахов.

Схема экспериментальной арены в первом эксперименте. Гнездо соединяется туннелем с экспериментальной ареной, разделенной на два отсека. В одном из них — «игровой комнате» — находятся шарики, в другом — «столовой» — кормушки с пыльцой и сахарным сиропом. Шмели могли спокойно пролететь «игровую комнату» по пути к «столовой», но часть насекомых задерживалась, чтобы поиграть. Рисунок из обсуждаемой статьи в Animal Behaviour

В первом эксперименте 45 шмелей (17 самцов и 28 самок) взаимодействовали с шариками в особой камере, размещенной между гнездом и камерой с кормом: в одной части «игровой комнаты» шарики были приклеены к полу, в другой — свободно по нему катались. В течение 18 дней исследователи на три часа подсоединяли шмелиное гнездо к экспериментальной арене, после чего снимали все взаимодействия шмелей с шариками в «игровой комнате». По итогам эксперимента все 45 шмелей хотя бы раз взаимодействовали с шариками, и всего ученые зафиксировали 910 «игр», при этом один шмель отметился 117 взаимодействиями. Любопытно, что если поначалу шмели одинаково охотно заходили в зону с приклеенными и свободными шариками, то после первого опыта катания они начали охотнее посещать именно «свободную» зону.

Не все шмели одинаково охотно тратили время на бесполезное катание шариков. Чаще всего этим занимались молодые насекомые в возрасте 3–7 дней. Поначалу межполовых различий у «игроков» не было, но самки уже к пятому дню жизни начали все больше внимания уделять добыче пропитания в «столовой», пролетая «игровую комнату» без остановок. У самцов же пищедобывательная активность нарастала постепенно, и даже к трехнедельному возрасту они все еще много времени проводили в «игровой», раскатывая шарики.

Схема экспериментальной арены во втором эксперименте во время тренировки (слева) и теста (справа): теперь «игровых комнат» две, они сменные и разных цветов. Во время тренировки шмель мог посетить только одну из «комнат» и только в одной из них находились шарики. Во время теста насекомому предлагалось выбрать комнату из двух предложенных. Рисунок из обсуждаемой статьи в Animal Behaviour

Во втором эксперименте ученые использовали другую экспериментальную арену с двумя «игровыми комнатами», синей и желтой (цвета были выбраны потому, что шмели точно умеют их различать, см. A. Gumbert et al., 1999. Floral colour diversity in plant communities, bee colour space and a null model), и 42 самки шмелей в возрасте от 4 до 19 дней. Шмели были поровну разделены на две группы и в течение двух дней на четыре часа получали доступ к «столовой», в которую можно было добраться через «игровую комнату». Каждые двадцать минут «игровая комната» сменялась другой, при этом шарики находились только в одной из «комнат» (у первой группы шмелей — в желтой, у второй — в синей).

В конце второго дня гнездо подсоединили к другой арене: с помощью скользящих перегородок ученые изолировали шмеля в туннеле, после чего предлагали ему войти либо в синюю, либо в желтую «игровую комнату». Из-за непрозрачных перегородок на пути шмель не мог видеть, находятся ли в «комнате» шарики, поэтому был вынужден ориентироваться только на цвет стен. Поскольку выход в «столовую» вел из каждой из «комнат», пищевое подкрепление не могло определять выбор шмелей: если они стремились отыскать шарики, значит, считали их катание полезным для себя занятием (хотя бы по причине получаемого удовольствия). И действительно, в ходе тестов шмели, находившие шарики в синей «комнате», предпочитали идти в отсек этого цвета, а шмели, игравшие при обучении в желтой «комнате», в дальнейшем выбирали ее.

Так соответствует ли наблюдаемое у шмелей поведение шмелей игровому? Во-первых, оно не функционально: даже после обнаружения кормушек шмели продолжали катать шарики, хотя это не приносило им никакой выгоды. Также катание шариков не могло быть связано с уборкой мусора (ведь дело происходило за пределами гнезда), поиском пищи (шмели не дотрагивались до шариков хоботком и не кусали их, как делают это при контакте с новыми цветами) или половым и защитным поведением (насекомые не обнажали гениталии или жало при контакте с шариком).

Во-вторых, шмели катали шарики добровольно и без подкрепления: у них был свободный доступ к «столовой», но они продолжали возиться с шариками, при этом, как показали результаты первого эксперимента, подвижные шарики нравились им больше неподвижных. К тому же, судя по результатам второго эксперимента, шмели находили такое занятие полезным для себя, и при равном доступе к пищевым ресурсам предпочитали посещать ту «комнату», в которой раньше находились шарики.

Наконец, катание шариков отличалось от прочих форм поведения шмелей (сбора нектара и пыльцы, спаривания, уборки мусора), оно повторялось, но не было стереотипным (разные эпизоды катания шариков различались между отдельными особями и даже у одной и той же особи в течение дня) и проявлялось у животных в отсутствие стрессовых факторов (исследователи максимально уменьшили стрессовое воздействие на насекомых, в изобилии предоставляли им корм и не изолировали от сородичей).

Любопытно, что у шмелей, как и у млекопитающих, игровое поведение чаще проявляли молодые особи, чем взрослые. Все еще не вполне понятно, с чем это связано, хотя у грызунов и кошек пик игровой активности совпадает с временем окончательного развития нервных связей в мозжечке, так что игра может служить для тонкой настройки синапсов и развития двигательных навыков, необходимых в более позднем возрасте. Немаловажно, что есть данные о том, что грибовидные тела шмелей (области мозга насекомых, ответственные за обработку сенсорной информации и формирование памяти) проявляют наибольшую пластичность в течение первых семи дней жизни (N. Kraft et al., 2019. Neuronal Plasticity in the Mushroom-Body Calyx of Bumble Bee Workers During Early Adult Development), однако данных все еще слишком мало, чтобы делать выводы о связи возраста с игровым поведением у насекомых.

Немаловажными представляются и сведения о межполовых различиях в игровой активности у шмелей, что ранее фиксировалось у некоторых видов млекопитающих (см., например, S. M. Kahlenberg, R. W. Wrangham, 2010. Sex differences in chimpanzees' use of sticks as play objects resemble those of children). У шмелей самцы катают шарики дольше и чаще самок, но при этом не за счет общего роста активности, а за счет того, что меньше времени тратят на поиск и сбор пищи. У шмелей самцы, в отличие от самок, не кормят колонию: они питаются исключительно для себя, и вскоре после вылета из гнезда покидают колонию, отправляясь на поиск репродуктивных самок. В лабораторном гнезде таких самок не было, поэтому у самцов шмелей образовывалось больше «свободного времени» для бессмысленного занятия — катания шарика.

Подводя итоги, по всем критериям катание шариков шмелями можно признать игровым поведением — первым подобным случаем у насекомых. Таким образом, способность получать удовольствие от бесцельного занятия дополняет список необычных умственных способностей этих насекомых, которые уже показали способность научиться воровать (Шмели способны учиться воровать из цветков нектар, «Элементы», 15.05.2008) или вытягивать кормушку за ниточку из-под столика (Шмели перенимают новые знания от товарищей, «Элементы», 31.10.2016). Теперь исследователям предстоит изучить возможные преимущества от игры шмелей в раннем возрасте — например, за счет более раннего созревания жизненно важных моторных навыков.

Источник: H. S. G. Dona, C. Solvi, A. Kowalewska, K. Mäkelä, H. MaBouDi, L. Chittka. Do bumble bees play? // Animal Behaviour. 2022. DOI: 10.1016/j.anbehav.2022.08.013.

Анна Новиковская