Шмели гоняют мячик

Как же не изучать шмелей! Эти удивительные существа обладают прекрасной пространственной памятью, распознают человеческие лица, умеют учиться, решать проблемы и даже использовать для этого простые инструменты.

Фото: Наталия Федосенко/ТАСС

Много лет посвятил шмелям профессор Лондонского университета королевы Марии Ларс Читтка (Lars Chittka), его фамилию иногда переводят как Хиттка. Во время очередного эксперимента по изучению когнитивных способностей шмелей исследователи сделали неожиданное наблюдение. Ученые проверяли, может ли шмель научиться закатывать в лунку шарик, если получает за это раствор сахарозы. Сразу скажем, что насекомые с этой задачей блестяще справились.

Эксперименты проводили в лаборатории: гнездо для колонии земляных шмелей Bombus terrestris audax устроили в темном деревянном ящике, а кормились насекомые на специальной площадке. Гнездо и площадку соединял туннель, в который исследователи в перерывах между экспериментами складывали шарики. И они заметили, что шмели, проходя по туннелю, эти шарики перекатывают, хотя необходимости в этом не было, и места в туннеле было достаточно, чтобы пройти, ничего не задев. Шарики, кстати, были довольно большие, по размерам сопоставимые со шмелем. «Уж не забавляются ли шмели таким образом?» — подумали ученые и стали разбираться.

Многие животные играют, даже беспозвоночные (см. «Химию и жизнь» 2015 №2). Это занятие добровольное, и ученые, прежде всего, поинтересовались, действительно ли шмелям хочется катать шары. Для этого они соорудили специальную конструкцию (см. рисунок). Путь из гнездового ящика к кормушкам с пыльцой и сахарозой лежал по дорожке, пересекающей площадку с шариками. Потолок над этой площадкой низкий, летать нельзя, только ходить. Дорожка ограничена барьерчиком высотой 3 мм, чтобы шарики на нее случайно не закатывались. Чтобы коснуться шариков, нужно специально сойти с тропинки.

Гнездовой ящик с колонией шмелей соединен с ареной пластиковым туннелем. К кормушкам надо проходить по дорожке, по бокам которой лежат разноцветные шарики: девять подвижных шаров справа и девять неподвижных слева. В кормушках 30%-ная сахароза (С) и пыльца (П). Сахарозу подливали снаружи через трубочку, чтобы меньше тревожить шмелей. Расположение сахарозы и пыльцы меняли каждый день, чтобы насекомые не привыкали

На площадке разместили 18 деревянных шариков диаметром 15 мм, желтых, фиолетовых или неокрашенных. Все шарики покрыли пластиком, чтобы их легко было мыть. Девять шариков (по три каждого цвета) случайным образом разместили в подвижной и неподвижной зонах. Неподвижные шарики приклеивали, но так, чтобы их легко было отлепить и помыть.

Эксперимент проводили по три часа ежедневно в течение 18 дней. В это время 45 шмелей разного пола и возраста беспрепятственно ходили из гнезда к кормушкам и обратно. Шарами они заинтересовались, очень быстро разобрались, что шары с одной стороны неподвижны, и заметно чаще заходили на ту сторону площадки, где их можно покатать. К этому занятию они неоднократно возвращались, иногда едва притрагивались к шарику, а иногда катали по полминуты, а длина максимальной траектории составила 601 мм. Цвет шарика значения не имел.

Интерес к катанию шариков у шмелей настолько велик, что они выстраивают свой маршрут с учетом возможности поиграть. Ученые заставили шмелей ходить из гнезда на кормовую площадку через цветную камеру, то желтую, то синюю. Эти цвета выбрали потому, что шмели легко их различают. Одной группе в желтую камеру всегда клали шарики, а в синюю никогда. Во второй группе, напротив, желтая камера пустовала, а в синей были шары. Спустя два дня таких прогулок шмелям предложили выбор: туннель раздваивался, и через него можно было пройти либо в синюю камеру, либо в желтую. Проход был устроен так, что из туннеля был виден только цвет камер, а что внутри не видно. Шмели чаще направлялись в камеру того цвета, где привыкли находить шарики.

Второй вопрос, занимавший ученых, заключался в том, зависит ли интерес к шарикам от возраста шмеля. И у людей, и у других позвоночных игры — удел детенышей. Чем старше «ребенок», тем больше он забавляется, а потом его игровая активность идет на убыль — появляются другие занятия. Ларс Читтка с соавторами впервые обнаружил эту закономерность у беспозвоночных. Шмели с удовольствием катают шарики в возрасте трех–семи дней, а насекомые старше девяти дней играют уже меньше.

Возможно, эта закономерность связана с развивающей функцией игры. Пик игровой активности млекопитающих совпадает с периодом, когда мозг, особенно мозжечок, наиболее пластичен. Поэтому игра способствует точной настройке связей между нейронами и развитию двигательных навыков, необходимых в более позднем возрасте. У шмелей в первые семь дней взрослой жизни наибольшую пластичность проявляют грибовидные тела — области мозга насекомых, ответственные за сенсорную обработку информации и формирование памяти. Чтобы понять, случайно ли перекрываются время максимальной игровой активности и нейронной пластичности, нужны дальнейшие исследования, и шмели могут служить для них удобной моделью.

Итак, шмели с удовольствием катают шарики, но можно ли считать это занятие игрой? В 2005 году профессор университета Теннеси Гордон Бургхард (Gordon Burghardt) сформулировал пять критериев, позволяющих распознать игру у любого вида и в любой ситуации. Первый из этих критериев — отсутствие немедленной выгоды. Катание шариков не помогало шмелям получить еду, шарики не загораживали путь к кормушке. Тем более что насекомые двигали шарики не целенаправленно, а в произвольном направлении. Шмели не путали деревянный шарик с источником пищи, половым партнером, и даже не исследовали, потому что со временем, хорошенько изучив этот предмет, не теряли к нему интереса. Так что первому признаку игры возня с шариками удовлетворяет.

Соответствует она и второму критерию — спонтанности и добровольности. Шмелей никто не принуждал. Поскольку приклеенными шариками они не интересовались, ученые заключили, что привлекает их именно катание, а не сам шар как таковой. И поскольку они идут в камеру того цвета, где ожидают найти мячик, игра им в удовольствие.

Игра отличается от адаптивного поведения. И действительно, движения, необходимые для катания шарика, шмели не используют в других жизненных обстоятельствах. Они не пригодятся для сбора нектара, спаривания или защиты от хищников. Во всякой полезной деятельности шмели совершенствуются, однако к перемещениям шарика это не относится. Катать его быстрее шмели не стали.

А еще игра отличается от стереотипного поведения. Стереотипия — это повторяющиеся бесполезные действия, которые часто наблюдаются у животных, живущих в неоптимальных условиях. Медведи, например, ходят взад-вперед по вольеру, по одному и тому же маршруту. Но шмели не повторяются, они катают шарики по разным траекториям, и на стереотипию это занятие никак не похоже.

И наконец, игра — это занятие, несовместимое с беспокойством. Как выяснил несколько лет назад Читтка с коллегами, шмели могут пребывать в состоянии, напоминающем положительные эмоции. Это состояние зависит от дофамина, и добиться его можно, угостив шмеля капелькой очень сладкого, 60%-го раствора сахарозы (обычно в лаборатории шмелям дают 30%-й раствор). В таком приподнятом настроении шмели быстрее приходят в себя после смоделированного нападения хищника и решительнее исследуют новые объекты.

В экспериментах с шариками ученые сделали все возможное, чтобы избавить шмелей от стресса и минимизировать раздражающие факторы, могущие нарушить мирное течение жизни. Шмели свободно перемещались внутри улья и площадки, они не голодали и могли общаться друг с другом. Их не хватали, не встряхивали, и даже сироп в кормушку подливали по трубочке, чтобы лишний раз не показываться шмелям. Вот шмели и пребывали в настроении, благоприятном для игры. Когда они чувствуют угрозу, то издают тревожное жужжание (это «Ж-ж-ж» — неспроста!), но в данном эксперименте шмели явно не тревожились.

Возня шмелей с деревянным шариком удовлетворяет всем критериям игры, значит, это она и есть. Однако для таких необязательных занятий нужен досуг. И действительно, шмели-самцы катают шарики дольше самок, потому что у них меньше обязанностей. Снабжать семейство продовольствием они не должны. В естественных условиях кавалеры озабочены продолжением рода, вскоре после вылета отправляются на поиски самок и в родное гнездо, как правило, не возвращаются. Но в лаборатории девственных самок нет, так что заняться им нечем и лететь некуда. А самкам обеспечен постоянный доступ к пыльце и нектару, и условия для выполнения их основной задачи, фуражировки, самые благоприятные. На ней они и сосредоточились, в ущерб игре.

Осталось выяснить, играют ли шмели на свободе, и если да, то во что. Может быть, вольные забавы, в отличие от катания деревянных шаров, приносят им пользу.

Как шмели чернику делили

Принято считать, что насекомые-опылители распределяют источники пищи: опыляют разные виды растений или посещают их в разное время.

Увы, этот принцип не всегда можно реализовать. Так, нескольким видам шмелей, живущим в лесах Швеции, весной приходится кормиться почти исключительно на цветках черники. При этом все шмели — дневные насекомые.

Проблемой распределения черничных ресурсов заинтересовались шведские и британские исследователи под руководством профессора Лундского университета Хенрика Смита (Henrik Smith). В период массового цветения черники они наблюдали за двумя лесными участками, где заметили почти три тысячи шмелей, принадлежащих к девяти видам.

Оказалось, что шмели распределяют места кормления в зависимости от освещенности. Одни предпочитают залитые солнцем участки, другие — затененные. Предпочтения зависят от показателя, который называется параметром глаза. Глаза у насекомых фасеточные, и параметр глаза — это произведение диаметра фасетки на величину угла между ними. Сумеречные насекомые, чтобы уловить больше света, увеличивают диаметр фасеток, что ведет к увеличению угла (и размеров глаза), но в этом случае снижается разрешение.

Исследователи обнаружили, что у трех видов шмелей, предпочитающих затененные участки, — лугового шмеля Bombus pratorum, городского шмеля B. hypnorum и полевого шмеля B. pascuorum — параметры глаза высокие. При этом сами шмели достаточно мелкие, хотя крупные глаза удобнее располагать на большом теле.

Ученые предполагают, что распределение по световым нишам призвано смягчить межвидовую конкуренцию, однако ее наличие у шмелей еще надо доказать. Во-первых, не у всех наблюдаемых видов есть четкие предпочтения освещенности. Во-вторых, в период цветения черники шмели с избытком обеспечены нектаром от рассвета до заката.

На эти вопросы еще предстоит найти ответ, пока же ученые подчеркивают, что, исследуя среду обитания опылителей, необходимо учитывать их сенсорные способности.