На информационном ресурсе применяются рекомендательные технологии (информационные технологии предоставления информации на основе сбора, систематизации и анализа сведений, относящихся к предпочтениям пользователей сети "Интернет", находящихся на территории Российской Федерации)

Свежие комментарии

  • Владимир
    Риск снижается, но все равно в итоге приводит к 100 % смертности.Инфаркт миокарда ...

Для тонкой настройки языка танца пчелам требуется социальное обучение

Рис. 1. Танец пчелы

Социальное обучение играет важную роль в жизни общественных насекомых. Однако до сих пор было неясно, участвует ли оно в формировании сложных систем коммуникации, таких как язык танца медоносных пчел. Эксперименты, проведенные китайскими и американскими биологами, показали, что «наивные» пчелы, не имевшие возможности чему-либо научиться у опытных товарищей, в положенный срок начинают вылетать на сбор корма и танцевать.

Однако они делают это иначе, чем нормальные пчелы, которые сначала несколько дней наблюдают за танцами более опытных коллег, и только потом начинают танцевать сами. По мере того, как наивная пчела набирается опыта, летая за едой и наблюдая танцы таких же, как она, необученных сородичей, некоторые из различий сглаживаются, но не все. Результаты согласуются с идеей о том, что пчелиный танец — поведение в основном врожденное, но нуждающееся в отладке при помощи обучения. Также они согласуются с гипотезой о существовании у пчел культурных традиций, помогающих адаптировать танец к нюансам местной обстановки.

Многим перепончатокрылым насекомым свойственно поразительно сложное поведение. Во многих случаях оно, по-видимому, является полностью врожденным (инстинктивным). Например, сфексы (Sphex) и многие другие несоциальные осы запасают для своего потомства «живые консервы» в виде насекомых или пауков, парализованных хирургически точными уколами жала. Одиночной осе учиться особо не у кого, с родителями она не общается, лишнего времени на самостоятельные тренировки у нее нет. Поэтому все нюансы постройки гнезда, поиска правильной добычи, ее обездвиживания и доставки в гнездо должны быть прописаны в генах осы. Ее мозг, выстроенный в соответствии с хранящимися в ДНК инструкциями, должен сразу, без всякого обучения, содержать в себе в готовом виде набор сложнейших поведенческих программ. Хотя результаты, достигнутые эволюцией на этом поприще, впечатляют, такой путь к сложному поведению (запись готовых отлаженных инстинктов прямо в генетически детерминированную структуру мозга), по-видимому, не является ни самым экономным, ни самым перспективным. На его расточительность намекает тот факт, что у одиночных ос мозг в среднем крупнее, чем у социальных (см.: Социальность у ос способствует уменьшению мозга, «Элементы», 08.07.2015). О бесперспективности заставляет задуматься хорошо известная «тупость» одиночных ос, которые не способны справляться с простейшими задачами, если они не предусмотрены их врожденной поведенческой программой. Например, сфекс тащит парализованного сверчка в гнездо за антенну, но если оторвать сверчку обе антенны, то догадаться тащить добычу за ногу сфекс не в состоянии.

Мозг, способный к обучению, — устройство куда более экономное и перспективное. Особенно удачным может быть сочетание набора приблизительных, неполных (и потому не таких ресурсоемких) врожденных программ с возможностью доводить их до совершенства двумя способами: наблюдая за опытными сородичами (социальное обучение) и отлаживая детали методом проб и ошибок (асоциальное обучение) (см.: Культура у животных — не редкий курьез, а вездесущее явление, «Элементы», 13.04.2021). Общественные перепончатокрылые, по-видимому, придерживаются именно такой стратегии (см.: Ж. И. Резникова, С. Н. Пантелеева, 2015. Возможные эволюционные механизмы «культуры» у животных: гипотеза распределенного социального обучения).

Нет сомнений, что оба вида обучения играют в жизни общественных перепончатокрылых огромную роль (см., например: Перенимая опыт у товарищей, шмели подходят к делу с умом, «Элементы», 27.02.2017). Однако до сих пор оставалось неясным, подвергаются ли «доводке» при помощи обучения сложные системы коммуникации, характерные для этих насекомых, — те самые системы, что лежат в основе наиболее изощренных разновидностей социального обучения.

Например, рабочие пчелы при помощи танца (см. Waggle dance) передают и получают информацию о местоположении и качестве источников пищи (рис. 1). Это яркий пример социального обучения: одна пчела получает от другой информацию, куда лететь за кормом. Но является ли сам язык танца полностью врожденным? Может быть, ему нужно доучиваться, как это делают многие певчие птицы, у которых врожденная песня весьма приблизительна, а для полноценного пения требуется социальное обучение (см.: Птицы осваивают пение, наблюдая за реакцией сородичей, «Элементы», 20.03.2019)? Или, может быть, врожденной является только способность быстро выучивать язык танца, как у людей, у которых сам язык не прописан в генах, но есть потрясающий врожденный талант к его освоению?

Приблизиться к ответу на этот интригующий вопрос удалось биологам из Китая и США, о чем они сообщили в статье, опубликованной 10 марта в журнале Science.

Авторы исходили из того, что генетическая составляющая в танце пчел наверняка присутствует. Это следует, в частности, из того, что разные виды пчел по-разному кодируют расстояние до источника пищи длиной прямого пробега (рис. 1), причем видовая специфика сохраняется даже у «подкидышей», воспитанных в чужой семье. Значит, это не культурные, а именно генетические различия (S. Su et al., 2008. East Learns from West: Asiatic Honeybees Can Understand Dance Language of European Honeybees). Задача состояла в том, чтобы оценить вклад обучения, и прежде всего понять, существует ли он вообще.

Молодые рабочие пчелы в первую неделю своей жизни не участвуют в сборе пищи, не танцуют и не следят за танцами старших товарищей. Потом они три-четыре дня наблюдают за чужими танцами, и лишь после этого начинают сами активно летать за кормом и танцевать. Авторы предположили, что наблюдение за опытными коллегами помогает молодым пчелам в совершенстве овладеть языком танца. Для проверки этой гипотезы были проведены эксперименты с 10 пчелиными семьями. Пять семей были «экспериментальными», пять — «контрольными».

Экспериментальные семьи (Е) составлялись из одной матки и 2800 одновозрастных молодых рабочих, только что вышедших из куколок. Семья получала на первое время немного сот с медом и пыльцой. Поскольку опытных пчел, умеющих танцевать, в экспериментальных колониях не было, молодым рабочим не у кого было учиться. Тем не менее на 8–10 день жизни они начали осторожно вылетать в свои первые разведывательные полеты. Их ловили на выходе из улья и бережно несли к кормушке с сахарным сиропом, расположенной в 150 м от улья. Пока они пили сироп, на них наносились индивидуальные цветные метки. Наевшиеся пчелы самостоятельно возвращались в улей и начинали танцевать. Эти первые танцы, выполнявшиеся без всякого социального обучения и личного опыта — на голом инстинкте, — записывались на видео и тщательно анализировались. Затем кормушку убирали, и пчелы переходили на естественные источники пищи. В последующие 20 дней (средняя продолжительность жизни рабочей пчелы в теплое время года — примерно 30–35 дней) они набирались опыта и могли учиться, наблюдая за танцами друг друга. В отличие от нормальной ситуации, учиться можно было только у сверстниц, но не у более опытных танцовщиц. Потом исследователи снова устанавливали кормушку с сиропом в 150 м от улья, помеченных ранее пчел снова «тренировали», вручную перенося на кормушку, а потом опять записывали танцы этих уже поднабравшихся опыта пчел. В итоге для пяти рабочих из каждой семьи удалось записать и первые «наивные» (Е1), и поздние (Е2) танцы.

Контрольные семьи (С) тоже включали одну матку и примерно столько же рабочих, но рабочие были всех возрастов: от только что вышедших из куколок до старых и опытных. Эти семьи тоже получали на первое время немного сот с медом и пыльцой. В контрольных семьях полеты за едой и танцы начинались уже на первый-второй день после формирования семьи, что не удивительно, учитывая присутствие опытных фуражиров. Исследователи метили молодых, недавно вышедших из куколки пчел, тренировали их по той же схеме на кормушке с сиропом и записывали сначала первые танцы (C1), а потом их же танцы спустя 20 дней (C2). В отличие от молодых рабочих из экспериментальных семей, которым поначалу не у кого было учиться, молодые рабочие из контрольных семей несколько дней наблюдали за танцами старших коллег и только потом начинали сами выбираться из улья на сбор корма и танцевали свой первый танец, как это принято у пчел.

Результаты сравнения четырех групп танцев (E1, E2, C1, C2) согласуются с гипотезой о заметной роли социального обучения в формировании танца. Нагляднее всего это видно на примере показателя, который авторы назвали «точностью направления» (directional accuracy). Он представляет собой максимальную разницу (в градусах) между углами (α на рис. 1) шести последовательных прямых пробегов с мотанием брюшка влево-вправо (waggle runs) в пределах одного танца. Учитывались пробеги со второго по седьмой, потому что направление первого пробега сильно варьирует. То есть измерялась не точность, с какой танцовщица указывает направление на кормушку, а внутренняя согласованность или непротиворечивость танца.

Оказалось, что танцы E1 значимо уступают трем остальным группам танцев (E2, C1, C2) по данному показателю (рис. 2). Наивные, ни у кого не учившиеся танцовщицы (Е1) бегают так и сяк, сбивая с толку товарищей. Правда, авторы замечают вскользь, что наблюдатели всё равно могли получать нужную информацию о направлении на кормушку, усредняя углы множества пробегов наивной танцовщицы. Насколько точной была такая информация, исследователи то ли не проверяли, то ли решили не писать об этом в статье.

Рис. 2. «Точность направления»

С возрастом экспериментальные пчелы точнее держали направление (у танцев Е2 точность значимо выше, чем у танцев Е1). Значит, личный опыт в сочетании с наблюдением за коллегами (с таким же уровнем опыта) позволяет повысить качество коммуникации. Из этого следует, что обучение (социальное и/или асоциальное), вероятно, играет некоторую роль в овладении языком танца.

В контрольных семьях танцы если и улучшались с возрастом пчелы, то не сильно (С2 значимо не отличается от С1). При этом первые танцы начинающих контрольных танцовщиц (С1) были почти такими же точными, как у опытных пчел из экспериментальных семей (Е2). Это согласуется с гипотезой о том, что социальное обучение, происходящее в то время, пока молодая пчела сама еще не танцует, но уже следит за чужими танцами, помогает отточить нюансы врожденного поведения. Однако возможны и альтернативные объяснения. Например, юность, проведенная в ненормальных условиях, — в семье, где все рабочие одинаково молоды, никто не летает за едой и не танцует, — может нарушать развитие мозга молодых пчел и препятствовать нормальной реализации врожденной поведенческой программы (её переводу с языка генов на язык структуры нейронных сетей). Хотя такую доводку врожденной программы самим фактом присутствия нормального социального окружения тоже можно считать примитивной формой социального обучения.

Авторы сравнили еще несколько показателей танца в четырех группах (рис. 3). Результаты в целом лучше согласуются с гипотезой о значимой роли обучения (как социального, так и асоциального) в формировании танца, чем с гипотезой о стопроцентной врожденности этого поведения.

Более того, данные по кодированию расстояния до еды (длительность прямых пробегов и число мотаний брюшком на один пробег, графики 1 и 3 в левой колонке на рис. 3) говорят о том, что некоторые «неправильности» (отличия от контроля) в танце экспериментальных пчел не могут быть исправлены ни личным опытом, ни обучением у сверстниц. Похоже на то, что нюансы кодирования расстояния могут сохраняться в пчелиных семьях как культурные традиции. И если такую традицию искусственно прервать (как это произошло в экспериментальных семьях, составленных из юных, ничего не знающих рабочих), то она потом не восстанавливается. Значит, не исключено, что какие-то зачатки культуры у пчел всё-таки есть. Культурному наследованию навыков может способствовать размножение семей посредством роения, при котором новая семья сразу имеет опытных рабочих, и то, что семьи у пчел многолетние. Этим пчелы выгодно отличаются от шмелей и большинства муравьев, у которых новую семью основывает одинокая самка, что радикально затрудняет передачу культурной информации от семьи к семье.

В конце статьи авторы немного рассуждают о возможных выгодах использования социального обучения в формировании танца. Выгоды могут быть связаны с тем, что пчелы селятся в разных местностях (разные пейзажи вокруг гнезда), а способствующие ошибкам неровности «танцплощадок» могут сильно различаться в разных гнездах. Поэтому язык танца полезно подстраивать к нюансам местной обстановки. Например, пчела оценивает расстояние до источника пищи по оптическому потоку (см. Optical flow), то есть, грубо говоря, по суммарному количеству мелькания в глазах за время полета туда и обратно. Из этого следует, что в разных местностях переводить оптический поток в число виляний брюшком во время танца, скорее всего, лучше по разным формулам. Тут-то и открывается поле для культурного наследования, потому что вписывать такие локальные адаптации в геном вряд ли практично.

Но всё же исследование показало, что пчелы начинают танцевать без всякого опыта и обучения. И справляются не так уж плохо, судя по тому, что экспериментальные колонии в течение эксперимента росли и набирали силу (правда, цифр и сравнений с контролем авторы не приводят). То есть в основном это всё-таки инстинкт, которому требуется небольшая доводка обучением. Жаль, что авторы не оценили реальную эффективность танцев, то есть, например, то, насколько быстрее и лучше семьи с танцовщицами, обученными старшими коллегами, осваивают новые источники корма по сравнению с семьями с танцовщицами-самоучками. Впереди у исследователей пчелиного поведения еще много интересных открытий.

Источник: Shihao Dong, Tao Lin, James C. Nieh, Ken Tan. Social signal learning of the waggle dance in honey bees // Science. 2023. DOI: 10.1126/science.ade1702.

См. также:
1) Дрозофилы учатся друг у друга и хранят культурные традиции, «Элементы», 03.12.2018.
2) Новые эксперименты не подтвердили способность дрозофил к социальному обучению, «Элементы», 24.05.2021.
3) Перенимая опыт у товарищей, шмели подходят к делу с умом, «Элементы», 27.02.2017.
4) Шмели перенимают новые знания от товарищей, «Элементы», 31.10.2016.
5) Шмели способны учиться воровать из цветков нектар, «Элементы», 15.05.2008.
6) Культура у животных — не редкий курьез, а вездесущее явление, «Элементы», 13.04.2021.
7) Жанна Резникова. Лучший «учитель» для животных — генетическая предрасположенность (популярный синопсис по статье: Ж. И. Резникова, С. Н. Пантелеева. Возможные эволюционные механизмы «культуры» у животных: гипотеза распределенного социального обучения).

Adblock test (Why?)

Ссылка на первоисточник

Картина дня

наверх