Шмели учатся друг у друга сложным навыкам

Шмели — социальные насекомые. Поведенческие эксперименты доказывают, что они подглядывают друг за другом и с успехом учатся друг у друга — порой, весьма сложным навыкам. Фото с сайта massaudubon.org

Изучение культуры у животных — одна из самых популярных тем в биологии сейчас. Под культурой понимается триада: социальное обучение, длительное поддержание обретенных поведенческих паттернов в группе, постепенное изменение выученных паттернов. Выясняется, что многие животные способны и учиться друг у друга, поддерживать обретенные навыки, а также модифицировать их, адаптируя к текущему контексту. Часто уточняется, что к культуре следует причислять лишь такие навыки, которые никак нельзя получить случайно, а можно только подсмотреть у товарищей. Доказать распространение таких сложных поведенческих паттернов у животных очень трудно, но еще труднее доказать, что их нельзя приобрести благодаря чудесной случайности. Однако английские ученые придумали эксперимент, в котором продемонстрировали именно такое социальное обучение у животных, и доказали, что эти навыки нельзя приобрести случайно. Эти животные — шмели. В эксперименте они обучали друг друга добывать корм таким хитрым способом, который никакой шмель за всю свою жизнь не придумает. Ученые предположили, что общественные насекомые — пчелы, осы, шмели, муравьи — предрасположены к социальному обучению, а их богатейший поведенческий репертуар — это в том числе и результат восприятия культурных традиций в колониях.

Культура в биологии — набор поведенческих традиций, которые, во-первых, передаются путем социального обучения, во-вторых, поддерживаются в популяции сколько-то продолжительное время, в-третьих, могут копироваться не совсем точно и поэтому могут изменяться со временем. Здесь следует напомнить, что ученые постепенно отказываются от мысли, что культура (в данном понимании) присуща только человеку, так как постепенно копятся факты о некоторых устойчивых традициях у животных. Вспомним хотя бы японских макак, научившихся мыть бататы, английских синиц, открывавших молочные бутылки, капуцинов с умением ловко раскалывать орехи, новокаледонских ворон с их технологиями изготовления узких пластин из жестких листьев для добычи насекомых из стволов, и шимпанзе, взявших забавную моду ходить «с травинкой за ухом» (подробнее см. обзор Культура у животных — не редкий курьез, а вездесущее явление, «Элементы», 13.04.2021). Все эти культурные традиции распространились в популяциях за счет социального обучения — либо при случайном подсматривании, либо при целенаправленном перенимании молодежью у учителей.

Здесь, однако, остается лазейка для сомнений. Предполагается, что культура должна включать сложные поведенческие акты, такие, которые невозможно изобрести с нуля за всю жизнь, а можно только перенять, — иначе есть вероятность легко терять и приобретать умения. Никто из людей за всю свою жизнь не сделает запросто атомный реактор, не соберет машину или вентилятор, да что там — даже каменного рубила не сделает. Это все культурные накопления. Но если речь идет о животных, то предполагается, что у них все проще, потому что обучение сложным поведенческим моделям вряд ли возможно, и что они усваивают лишь то, что каждое животное может в принципе «изобрести» самостоятельно. И вот перед нами работа, где показано, что и животные способны передавать и воспринимать навыки, которые иначе, как через обучение не получить.

Главные герои этого исследования — обычные земляные шмели (Bombus terrestris). Оказалось, что на шмелях удобно изучать поведение: будучи социальными насекомыми, они настроены на контакты с членами своей группы, кроме того, их нетрудно содержать в лаборатории и они небольшие по размеру, так что можно легко набрать нужную статистику. Шмели уже доказали, что, в частности, способны учиться друг у друга (см. Культура у животных — не редкий курьез, а вездесущее явление, «Элементы», 13.04.2021), и что они склонны обучаться в русле группового мейнстрима (см. Поведенческие традиции у шмелей основаны на социальном обучении и конформизме, «Элементы», 27.03.2023). Теперь же, в продолжение этих экспериментов, шмелям предстояло научиться у товарищей такому сложному навыку, который они самостоятельно освоить не смогли бы.

Ученые из Лондонского университета королевы Марии обучали шмелей добывать сироп в хитрой установке. Чтобы добраться до сладкого, шмель должен был сначала подвинуть один щиток (синий на схеме ниже), и освободив, таким образом, путь для второго щитка, красного, сдвинуть его и открыть кормушку с сиропом.

Установка для поведенческих экспериментов со шмелями (слева — вид спереди, справа — вид сзади). Весь поддон закрыт прозрачной крышкой, но она поворачивается, если толкать красный щиток. За красным щитком расположена выемка в крышке, через которую шмель может добраться до сиропа (желтое пятно на схеме). Но чтобы начать двигать красный щиток, нужно сначала вдвинуть внутрь бокового туннеля запирающий синий щиток. Рисунок из обсуждаемой статьи

Трудность заключается в том, что лишь финальное движение — перемещение второго щитка — приводит к награде, а первое необходимое действие никак не вознаграждается. Экспериментаторам пришлось специально обучать шмелей, сначала предлагая награду после сдвига первого щитка, а затем постепенно уменьшая ее, но зато заманивая большой наградой после второй перемещения второго щитка и открытия кормушки. Так им удалось обучить девять шмелей-демонстраторов (см. видео, на котором видно, как обученный шмель справляется с задачей). Любопытно, что некоторые из обученных демонстраторов пытались сразу сдвинуть красный щиток, то есть они понимали, что именно это их заветная цель. И лишь потом, поняв, что по-простому не получается, обращались к синему щитку.

В эксперименте к демонстраторам подсаживали необученных шмелей. В течение 30–40 сессий по 30 минут они наблюдали, как добывается сироп. А затем, если наблюдатель понятливый, то он мог повторить все необходимые действия: синий щиток назад, красный щиток вперед — и вот он сироп. Таких понятливых шмелей потом отсаживали и предоставляли им возможность 10 раз в одиночку повторить процедуру.

Из 15 пар «демонстратор — наблюдатель» обучились добывать сироп пять наблюдателей. Некоторые демонстраторы обучали по очереди нескольких наблюдателей, но успешным оказывался только один ученик, поэтому ученые сделали вывод, что мастерство учителя большого значения не имеет. Выявилась лишь корреляция между продолжительностью эффективного наблюдения и успехом ученика: чем больше времени ученик следовал за учителем, не отвлекаясь на посторонние задачи, тем больше была вероятность успешного выполнения задания.

Корреляция между временем следования за демонстратором у успешных учеников (слева) и у тех, кто так и не освоил двухэтапною добычу сиропа (справа). У успешных учеников эта корреляция в полтора раза выше, чем у неудачников. Вверху приведена одна из успешных стратегий: сначала шмель протискивается между щитками так, что сначала открывается синий, благодаря чему затем уже можно подвинуть красный до самого сиропа. Рисунок из обсуждаемой статьи

Что же касается контрольной группы — шмелей, которых просто пускали на экспериментальную арену самостоятельно попытать счастья, — то ни у одного шмеля ничего не получилось. Даже с учетом того, что они пробыли на площадке примерно в десять раз дольше, чем шмели-наблюдатели со шмелями-демонстраторами. Иными словами, двухэтапная задача для шмелей не выполнима без социального обучения.

Эксперимент показал, что шмели способны перенимать от учителей сложные умения. Но при этом, как подчеркивают ученые, у шмелей в природе нет никаких поведенческих (культурных) традиций, да и живут-то они неделю-две. К чему тогда им такая редкостная способность к обучению? На этот вопрос ученые попытались ответить следующим образом. Шмели — общественные насекомые, у их родичей: пчел, муравьев, ос, — богатейший поведенческий репертуар. Тут и сельское хозяйство у муравьев-листорезов, тут и язык пчел, тут и математические навыки у лесных муравьев-разведчиков — в общем, есть из чего выбирать. Вполне вероятно, что все эти сложные поведенческие комплексы являются результатом социального обучения — и даже кумулятивной культуры — учитывая, что колонии общественных насекомых могут существовать десятилетиями. Ведь они, как показывают опыты на шмелях, имеют к этому врожденные способности. Как закрепляется обретенный в группе навык — если закрепляется вообще — это уже следующий вопрос для будущих исследователей.

От себя к этим исключительно занимательным экспериментам осмелюсь добавить вот что. До последнего десятилетия насекомые, одетые в панцирь, на своих шарнирных ногах, руководимые пустым инстинктом, служили символом механического бездушия. Теперь, кажется, все переиначивается: ученые начинают искать в этих животных биологические начала высокой культуры.

Источник: Alice D. Bridges, Amanda Royka, Tara Wilson, Charlotte Lockwood, Jasmin Richter, Mikko Juusola & Lars Chittka. Bumblebees socially learn behaviour too complex to innovate alone // Nature. 2024. DOI: 10.1038/s41586-024-07126-4.

Елена Наймарк