Математика и Пикассо в пчелином мире

Различать стили живописи

Сможете ли вы отличить Моне от Пикассо? А вот пчелы – вполне! В искусстве у пчел есть свои фавориты – об этом узнали благодаря эксперименту ученых из Квинслендского университета (Австралия). Галереей искусств для насекомых послужил специальный ящик с тоннелем и двумя отверстиями в конце. Каждое из них вело к репродукциям картин Моне и Пикассо. За ширмой одной из репродукции был спрятан нектар, однако пчелы его не видели и могли ориентироваться только по картинам. Так у них появилась ассоциация, что определенный стиль живописи влечет за собой сладкое подкрепление.

В ходе эксперимента ученые использовали несколько картин каждого художника. После обучения насекомые смогли отличить импрессионизм от кубизма на примере неизвестных им ранее картин Моне и Пикассо. И если это не склонность к искусству, то хотя бы высокий потенциал к обобщению информации. Джудит Рейнхард, глава исследовательской группы, считает: «Несмотря на маленький мозг, пчелы обладают высокоразвитой способностью обрабатывать сложную визуальную информацию, сравнимую во многих отношениях с позвоночными».

Складывать и вычитать

До недавнего времени считалось, что арифметика подвластна только человеку да высокоуровневым приматам. Но ученые из Мельбурнского королевского технологического университета смогли объяснить и пчелам правила сложения и вычитания. Для этого их научили распознавать голубой и желтый цвета как символы + (сложение) и – (вычитание) соответственно. Медоносных пчел поместили в лабиринт. На входе насекомым показывали несколько геометрических фигур желтого или голубого цвета. Чтобы выбраться из лабиринта, пчелам нужно было «решить пример» – выбрать между двумя картинками. На одной был правильный ответ (если пчеле показывали желтые фигуры, то на картинке было меньше фигур на одну, если голубую – наоборот, больше). Пчелам понадобилось до семи часов и 100 попыток, чтобы выяснить, что голубые фигуры означают +1 к исходному числу на входе, а желтые –1.

«Надрессировав» пчел складывать и вычитать, ученые перешли к основной части эксперимента – своего рода «экзамену». В нем пчелам нужно было проделать арифметические действия с ранее незнакомым числом три – дважды сложить и дважды вычесть. Маленькие счетоводы прошли испытание успешно и выбирали правильные варианты в 63 % случаев, что гораздо чаще, чем случайным образом. Они использовали кратковременную память в решении арифметических задач – научились распознавать операции сложения и вычитания как абстрактные концепции, а не наглядные пособия.

Бывают «левши» и «правши»

Лево- и праворукость присуща не только людям, но и животным. У пчел она может проявляться во время полета – они выбирают правую или левую сторону пути. Влияние индивидуальной склонности на этот выбор обнаружили энтомологи из университета Квинсленда. В эксперименте, участниками которого стали примерно сто пчел, четверть насекомых оказалась «правшами», еще четверть – «левшами», а остальные не проявили предпочтений. Чтобы отследить повороты, ученые помечали особей краской.

Ученые проверяли и другую гипотезу – будут ли насекомые выбирать широкий путь чаще, чем узкий. Ведь, чтобы добраться до источника пищи, пчелы вынуждены не только запоминать дорогу, но и преодолевать препятствия, которые встречаются на пути. Чтобы это узнать, исследователи смастерили тоннель с преградой посередине – перегородкой с узким и широким отверстиями, либо с двумя одинаковыми. Если отверстия в тоннеле различались, пчелы обычно выбирали лететь по более широкому пути. Однако в случае с одинаковыми проходами около 45 % особей выбирали левую или правую сторону – то есть проявляли индивидуальные предпочтения. Остальным было все равно где лететь.

Вероятно, такое разделение на «левшей», «правшей» и не имеющих предпочтений – своего рода встроенная «дорожная разметка», помогающая пчелам регулировать движение. Без нее пчелам пришлось бы летать одинаковыми маршрутами и сталкиваться друг с другом.

Сравнивать вероятности

О чем «думают» пчелы, летая от цветка к цветку? Наверняка о том, какой из них принесет больше нектара и вкуснее. Но каким образом пчелы делают выбор, до сих пор было мало изучено. Поиском выгодных стратегий у насекомых заинтересовалась группа британских ученых из Университета Маккуори (Австралия).

Насекомых запустили на специальную арену с кормушками в виде цветных дисков. Цвет каждого диска связали с вероятностью получения награды или наказания. Так, зеленый всегда означал наличие сахарного сиропа в кормушке, за выбор синего пчелы получали только горький хинин, а в остальных случаях сладкое угощение ожидало их только в 66, 50 и 30 % случаев. За один сеанс на арене пчела встречала восемь цветных дисков: четыре одного цвета и четыре – другого. Насекомые могли свободно летать между кормушками и улетали насытившись.

После 18 тренировок ученые решили проверить, будут ли пчелы учитывать вероятности получить угощение в разных ситуациях. Первый тест предлагал уже известную пчелам комбинацию цветов – зеленый (всегда содержит нектар) и синий (всегда содержит хинин). Выбирая между кормушками, пчелы отдавали предпочтение той, которая гарантирует угощение. В другом случае насекомым предлагали выбирать между ранее неизвестной комбинацией цветов – и пчелы все равно справлялись и выбирали цвет, с большей вероятностью обещающий награду. Когда же ученые предложили пчелам пару из незнакомого цвета и того, что гарантирует нектар лишь в половине случаев, испытуемые в основном выбирали знакомый цвет. На предпочтения цвета повлияли вероятности награждения и наказания, которые пчелы усвоили во время обучения и научились сопоставлять в погоне за угощением.

Трехмерное изображение мозга пчелы, полученное с помощью микрокомпьютерной томографии. nature.com

Строить ментальные карты

Нам не составит труда найти путь домой – сориентироваться людям помогает «ментальная карта», состоящая из сохраненных в памяти «снимков» ландшафта. До недавнего времени считалось, что эта способность присуща только млекопитающим, а пчелы, как бабочки и птицы, ориентируются по Солнцу. Однако исследование Свободного университета Берлина показывает, что пчелы тоже используют такой вид карт, хоть и на более примитивном уровне.

Чтобы проверить это, у пчел сместили их биологические часы, усыпив с помощью наркоза. Когда пчелы проснулись, ученые отследили их полет к улью с помощью специальных устройств. Выпущенные из незнакомого места, сначала пчелы летели не в ту сторону – их сбило положение Солнца. Но потом они изменили направление, применив собственную ориентировку. Ученые полагают, что при навигации пчелы могут учитывать особенности местности, подобно тому, как моряк использует маяк. Предполагаемая когнитивная карта пчел устроена иначе, чем у человека, – она не хранит детали, но позволяет вспомнить примерный план окружающей среды.

Коллективно принимать решения

Пчелы не только отлично справляются с индивидуальными задачами, но и умеют действовать сообща. Считается, что у пчелиного роя и нейронных сетей мозга во многом схожи механизмы принятия решений. И в том, и в другом случае происходит «голосование» – отдельными особями или нейронами.

Такие коллективные решения пчелы вынуждены принимать при создании новой семьи. Несколько самых опытных пчел из роя берут на себя роль разведчиц, чтобы найти место для нового жилища. Обнаружив его, они сообщают об этом товарищам с помощью знаменитого «виляющего» танца. Однако если подходящих гнезд найдено несколько, пчелы должны договориться – матка одна, и разделяться рою нельзя. Американские и британские биологи обнаружили, что для этого пчелы используют механизм взаимного торможения. Он нужен, когда задача предполагает несколько несовместимых вариантов решений и для выбора одного варианта нужно исключить другой. Для этого пчелы используют стоп-сигнал. Он заключается в характерном поведении, которое разведчица проявляет, если хочет остановить призывы другой: тыкается головой в танцующую разведчицу и быстро вибрирует крылышками, резко жужжа. Чем больше таких «просьб» получит танцующая пчела, тем выше вероятность того, что она досрочно прекратит танец, а значит, не наберет нужного количества «голосов» для выбора улья. Почти демократические выборы!

Чтобы выяснить, действительно ли стоп-сигналы пчел являются попыткой поспорить с оппонентом, ученые провели эксперимент. Насекомых выпускали на изолированном островке с двумя одинаковыми ульями. Разведчиц пометили краской и отправили к разным ульям. Когда рой принимал решение, разведчицы в основном подавали стоп-сигналы своим конкурентам, призывавшим лететь к другому улью. Так они стремились повысить шансы своей точки зрения на победу в голосовании, что подтверждает гипотезу взаимного торможения. Когда решение было принято, стоп-сигналы подавались всем танцующим пчелам и имели уже другой смысл – прекратить танец и быть готовыми лететь к новому улью.

Несмотря на малый объем мозга, пчелы демонстрируют способности к математике и разбираются в искусстве. Они могут обладать индивидуальными особенностями и имеют мощный коллективный разум. И кто знает, какие еще удивительные возможности скрывают одни из самых умных насекомых на планете.