Pszczoły uczą się tańczyć i rozwiązywać zagadki od swoich rówieśników – Ars Technica

Owady społeczne, takie jak pszczoły, wykazują imponujący zakres zachowań, od wspólnej pracy przy budowie strukturalnie złożonych gniazd (wraz z wbudowaną kontrolą klimatu) po praktyczny podział pracy w swoich społecznościach. Biolodzy postrzegali te zachowania jako zaprogramowane reakcje, które ewoluowały przez pokolenia w odpowiedzi na czynniki zewnętrzne. Ale dwa artykuły naukowe z zeszłego tygodnia przedstawiły wyniki sugerujące, że społeczne uczenie się może również odgrywać pewną rolę.

Pierwszy, opublikowany w czasopiśmie PLoS Biology, pokazał, że trzmiele mogą nauczyć się rozwiązywać proste zagadki, obserwując bardziej doświadczonych rówieśników. the drugi, opublikowane w czasopiśmie Science, donoszą o dowodach na podobne społeczne uczenie się, jak pszczoły miodne uczą się wykonywać swój charakterystyczny „taniec machania”, aby powiedzieć innym pszczołom w ich kolonii, gdzie znaleźć pożywienie lub inne zasoby. Podsumowując, oba badania dodają do rosnącej liczby dowodów na istnienie pewnego rodzaju „kultury” wśród owadów społecznych, takich jak pszczoły.

Kulturę można ogólnie zdefiniować jako zachowania, które są nabywane poprzez społeczne uczenie się i utrzymywane w populacji w czasie, zasadniczo służąc jako „druga forma dziedziczenia”, ale większość badań przeprowadzono na gatunkach o stosunkowo dużych mózgach: naczelnych, waleniach waleniach przez ptaki”, powiedziała współautorka Alice Bridgesdoktorantka i pracująca na Queen Mary University of London laboratorium Od współautora Lars Schitka. „Chciałem w szczególności zbadać trzmiele, ponieważ są idealnymi modelami do uczenia się społecznego. Wcześniej wykazano, że są w stanie nauczyć się naprawdę złożonych i nienaturalnych zachowań, takich jak ciągnięcie za sznurek, zarówno indywidualnie, jak i społecznie”.

Odkąd Charles Darwin zauważył w 1884 r., że trzmiele biorą udział w „kradzieży nektaru” – gryzienie zbieracza u podstawy kwiatu w celu zebrania nektaru, ale nie zapylania rośliny – naukowcy dostrzegli zadziwiającą zdolność uczenia się społecznego w organizmach wszystkich gatunków. Nazywa się teoria ewolucji Efekt Baldwina Mówi, że pewne korzystne cechy behawioralne wyuczone w życiu jednego stworzenia są przekazywane jego potomstwu poprzez dobór naturalny. Więc mosty i in. postanowili zbadać możliwość, że społeczne uczenie się przyczynia się do unikalnych innowacji behawioralnych u trzmieli (Bombus terrestris), a nie czysto wrodzony.

Jak wcześniej informowaliśmy, grupa Chittka a Badanie 2017 Okazało się, że pszczoły można nauczyć toczyć małe drewniane kulki, aby otrzymać nagrodę. Ale grupa zauważyła również przypadki, w których pszczoły decydowały się toczyć piłki, nawet jeśli nie było wyraźnej nagrody ani korzyści. Kule umieszczono w tunelu łączącym komórkę z areną eksperymentalną, na której znajdowało się pożywienie. Wiele pszczół przechodziło po kulkach lub zatrzymywało się, aby toczyć je tam iz powrotem od jedzenia. Grupa zastanawiała się, czy może to być prawdziwe zachowanie podczas zabawy.

Chittka Lab opublikował plik Kontynuacja nauki W zeszłym roku zgłosiła swoje obserwacje rzeczywistych zachowań pszczół podczas zabawy, które zostały sfilmowane, gdy toczą małe, kolorowe drewniane kulki. (Chociaż wiadomo, że wiele zwierząt angażuje się w zabawę, zwykle są to ssaki o dużych mózgach i ptaki). Dla Chittki była to „mocna wskazówka, że ​​umysły owadów są znacznie bardziej złożone, niż moglibyśmy sobie wyobrazić”.

Pomysł wykorzystania eksperymentów z dwoma puzzlami do zbadania społecznego uczenia się wyszedł z wcześniejszych badań szympans (2005) i duże cycki (2015). Dla pszczół laboratorium Chittka zaprojektowało pudełka z puzzlami, które można otworzyć, obracając przezroczystą pokrywkę, naciskając czerwoną zakładkę zgodnie z ruchem wskazówek zegara lub niebieską zakładkę w kierunku przeciwnym do ruchu wskazówek zegara. Pozwoliłoby to pszczołom zebrać smaczny 50-procentowy roztwór sacharozy.

Pszczoła otwiera pudełko z puzzlami, naciskając czerwoną zakładkę, aby obrócić wieko pudełka zgodnie z ruchem wskazówek zegara. Źródło: AD Bridges i in.2023 / CC-BY 4.0

Pszczoła demonstracyjna została przeszkolona w wykonywaniu zachowania związanego z roztworem, a następnie dodana do grupy nieprzeszkolonych pszczół. Wszystkim pszczołom pozwolono swobodnie żerować wśród pudełek z puzzlami, a ich zachowanie monitorowano, aby zobaczyć, czy udające pszczoły wielokrotnie „rozwiązujące” pudełko z puzzlami spowodowało, że to zachowanie rozprzestrzeniło się na resztę grupy. Były też grupy kontrolne bez pszczół pretendentów.

„Chcieliśmy sprawdzić, czy trzmiele mogą nauczyć się nowego, nienormalnego zachowania poprzez społeczne uczenie się w otwartych warunkach rozmnażania” — powiedział Bridges. „W szczególności chcieliśmy zobaczyć, czy mogą nauczyć się odmian tego zachowania, które były specyficzne dla wyszkolonych demonstrantów – tak jak te gatunki o dużych mózgach”.

Dokładnie tak się stało. Pszczoły żerujące w koloniach, w których były pszczoły demonstracyjne, otwierały więcej pudełek z puzzlami niż pszczoły kontrolne i używały „wyuczonego” rozwiązania w 98 procentach czasu, co wskazuje, że nauczyły się tego zachowania społecznie. W dalszych eksperymentach z wieloma pszczołami pretendentami, z których każda uczyła innego rozwiązania zagadki, nieprzeszkolone pszczoły początkowo nauczyły się obu metod, ale z czasem preferencje dla jednej lub drugiej zostały losowo opracowane, na przykład moda lub popularny trend. Gdy istnieje preferowane rozwiązanie, pszczoły zwykle się go trzymają.

Jeśli chodzi o dwie kolonie kontrolne, tylko jedna pszczoła nauczyła się otwierać pudełka z puzzlami – „automatyczna osoba ucząca się”, jeśli wolisz – chociaż była w tym mniej wydajna i otwierała znacznie mniej pszczół w koloniach z pretendentem. Druga runda eksperymentów, która trwała dłużej, dała mniej spontanicznych uczniów, a także mniej wydajnych. Jednak automatycznie ucząca się pszczoła odniosła wielki sukces, rejestrując 216 otworów pudełek w trakcie eksperymentu; Jego najbliższy konkurent w grupach kontrolnych otworzył tylko 22 fundusze w tym samym okresie. Z kolei wyszkolone pszczoły pokazowe były ekspertami w zbieraniu, rutynowo otwierając każdego dnia ponad 100 pudełek z puzzlami.

Odkrycia są zgodne z wcześniejszymi badaniami z udziałem szympansów i bogatek, w których autorzy argumentowali, że takie społeczne uczenie się wykazało zdolność tych gatunków do hodowli. „Nie wiadomo, czy trzmiele wykazują na wolności zjawiska podobne do kulturowych” — powiedział Bridges. „Jednak wydaje się, że nasze pszczoły były w stanie to zrobić. Byłem również zaskoczony, jak elastyczne i innowacyjne było zachowanie trzmieli. Fakt, że niektóre pszczoły nauczyły się samodzielnie otwierać pudełka, był naprawdę fajny i zdecydowanie sugeruje, że pszczoły mogą wymyślić inne nowe zachowania” na wolności – o ile nadarzy się okazja i potrzeba.

Dalsze badania zachowań trzmieli związanych z kradzieżą nektaru mogą rzucić więcej światła na podstawowe mechanizmy. Ale czy to społecznie wyuczone zachowanie można przekazać następnym pokoleniom? Ten typ trzmiela jest trudny do przetestowania. „Trzmiele w naszych eksperymentach tworzą kolonie, które trwają przez jedno pokolenie biologiczne przed linieniem, ale pszczoły miodne, pszczoły bezżądłe i niektóre pszczoły tropikalne tworzą kolonie, które trwają przez wiele lat” – mówi. — powiedział Bridges. „Gdyby u bezkręgowców znaleziono długotrwałą, naturalnie występującą kulturę, prawdopodobnie byłaby tutaj”.

Poruszaj

Tam odbyło się drugie badanie tańczące tańce u pszczół miodnych. „Zaczynamy rozumieć, że podobnie jak my, zwierzęta mogą przekazywać informacje ważne dla ich przetrwania poprzez społeczności i rodziny” – powiedział James Nie z University of California San Diego, który jest współautorem tego badania. „Nasze nowe badania pokazują, że możemy teraz rozszerzyć takie społeczne uczenie się na owady. Wiemy, że pszczoły są dość inteligentne i mają zdolność robienia niesamowitych rzeczy”.

Pszczoły miodne wykorzystują swój taniec machania, aby powiedzieć innym pszczołom, gdzie znaleźć ważne zasoby, takie jak pożywienie, woda, żywice drzew i miejsca gniazdowania. „Taniec” polega na kołysaniu ich brzuchami w kształcie ósemki i odbywa się w niezwykle szybkim tempie: pszczoła może poruszyć całym ciałem w mniej niż jedną sekundę. Dłuższe oscylacje wskazują większe odległości, podczas gdy kąt kierunku drgań wskazuje kierunek. Jakość danego zasobu jest zakodowana w tym, ile razy wibracje są wyzwalane i jak szybko każda tańcząca pszczoła powraca do powtarzania kolejnych cykli.

za nih i in. Robotnice zaczynają podążać za żerowaniem tańczących pszczół w wieku około ośmiu dni, a same zaczynają tańczyć w wieku 12 dni, zwykle tańcząc ten sam „rutyn”, co starsze pszczoły, które tańczyły. zamiar i in. Doszedł do wniosku, że te pierwsze tańce z machaniem miałyby zatem więcej błędów komunikacyjnych, gdyby pszczoły były hodowane bez możliwości podążania za starszymi tancerzami. Hodowali więc kolonie pszczół miodnych z młodymi pszczołami w tym samym wieku i obserwowali pojawienie się wijących się zachowań tanecznych, wraz z koloniami kontrolnymi zmieszanymi ze starszymi, doświadczonymi tancerzami pszczół.

Wyniki potwierdzają ich hipotezę. Pierwsze tańce machania pszczół, które nie radziły sobie ze starszymi, doświadczonymi pszczołami żerującymi, były obarczone błędami co do kierunku i odległości między cennymi zasobami. Chociaż były w stanie poprawić się poprzez trening lub obserwację innych pszczół, nigdy nie były w stanie prawidłowo zakodować odległości. Pszczoły w mieszanych koloniach kontrolnych otrzymywały cenne wskazówki społeczne, podążając za doświadczonymi tancerzami, więc ich pierwsze tańce były znacznie subtelniejsze. I ta wiedza społeczna pozostała z nimi przez całe życie.

Zasadniczo niewytrenowane pszczoły wyewoluowały swój własny, unikalny dialekt odległości. „Naukowcy uważają, że akcenty pszczół są kształtowane przez ich lokalne środowisko” – powiedział Nih. „Jeśli tak jest, sensowne jest, aby kolonia przekazywała dialekt dobrze przystosowany do tego środowiska”. On i jego koledzy uważają, że ich odkrycia wskazują, że społeczne uczenie się kształtuje sygnały pszczół miodnych, tak jak ma to miejsce w przypadku wielu gatunków kręgowców.

„Jest co najmniej prawdopodobne, że mogą istnieć subtelnie różne lokalne„ kultury ”, które są społecznie nabywane dla języka tańca i zależą od wizualnych cech krajobrazów lub przestrzennego rozmieszczenia źródeł pożywienia”, Chietka i Natasha Rossi (z University of Sussex w Brighton) — napisał w załączonym komentarzu. Zginęli śmiercią męczeńską A Badanie 2008 Okazuje się, że jeden gatunek pszczoły miodnej nauczył się odczytywać kod przestrzenny innego gatunku, podobnie jak shietka i inStudium radosnej piłki toczącej się w pszczołach. „Jest zatem prawdopodobne, że niektóre z ich najbardziej zaawansowanych innowacji behawioralnych (w tym elementy języka tanecznego) mogły pojawić się przynajmniej częściowo dzięki indywidualnym innowacjom i późniejszemu uczeniu się społecznemu, stając się instynktowne później w czasie ewolucji”.

DOI: Nauka, 2023. 10.1126/sciences.ade1702 (o DOI).

DOI: Biologia PLoS, 2023. 10.1371/dziennik.pbio.3002019 (o DOI).