Навигация по лабиринтам и запоминание маршрутов рабочими шмелями

Путь содержал несколько тупиков и множество поворотов направо и налево, типичный крысиный лабиринт

Хамида Б. Мирван (Hamida Mirwan) и Питер Г. Кеван (Peter Kevan), Университет Гвельфа, Канада, "Навигация по лабиринтам и запоминание маршрутов рабочими шмелями (Bombus impatiens (Cresson) (Hymenoptera: Apidae))", "Журнал поведения насекомых" (Journal of Insect Behavior), 28(3), 15 мая 2015 г.

Аннотация
Шмели передвигаются по окружающей среде, летая и пешком. Большинство экспериментальных исследований посвящено навигации во время полетов для поиска пищи, но мы поставили перед пчелами задачу научиться ориентироваться во время ходьбы, как это происходит в природе, в топографически сложных пространствах, содержащих их гнезда. Обучили рабочих шмелей ориентироваться в сложных девятиканальных лабиринтах в отсутствие специфических визуальных, химических или текстурных ориентиров. Они успешно перемещались по сложным многооборотным лабиринтам (типичные «крысиные лабиринты») с несколькими тупиками, запоминая всю последовательность соответствующих поворотов и свой выбор правильного первого поворота при входе в лабиринт.

Таким образом, наблюдаемые навыки указывали на то, что каждый шмель запомнил лабиринт, изучив двигательные последовательности, не связанные с визуальными, химическими или текстурными стимулами, и что их память активировалась контекстными подсказками, связанными с положением пчел в последовательности. Результаты имеют значение для изучения естественной двигательной активности внутри и вне колонии, а также для практического применения в качестве переносчиков агентов биологического контроля.

Исследование рассматривает вопрос: Могут ли рабочие шмели перемещаться по сложным, многооборотным, нерегулярным (но не изменчивым) лабиринтам, состоящим из нескольких «тупиков» и требующим принятия правильных решений для достижения цели прохождения лабиринтов? Так же и кредиторы в человеческих ульях пытаются пробраться через изменчивые финансовые лабиринты со множеством тупиков. Принять правильные решения для достижения жизненных целей поможет микрозайм до зарплаты в Казахстане. Как показывает исследование, решение сложных головоломок под силу даже маленьким шмелям.

Общие методы
В экспериментах использовались шмели-фуражиры Bombus impatiens из колоний с маткой, насчитывающих 30–40 рабочих особей в колонии. В экспериментах использовались разные колонии. Зона содержания пчел была соединена с основной летной клеткой (испытательной ареной) с помощью туннелей из проволочной сетки с воротами, которые позволяли контролировать вход пчел в летную клетку и лабиринт.

Во время экспериментов пчелы, покидающие улей, могли пройти только по одному маршруту через зону содержания к испытательной арене. Оказавшись на испытательной арене, они должны пройти через лабиринт, чтобы попасть в зону кормления, расположенную в 165 см от входа и выхода. Зона кормления представляла собой зеленую пенопластовую пластину размером 45 х 35 х 5 см с 8 отверстиями, в которых находились микроцентрифужные пробирки (1,5 мл). Пробирки, скрытые от пчел, заполнены 50%-ным раствором сахарозы (сиропом) в качестве вознаграждения. После сбора нектара в зоне подкормки пчелам разрешалось возвращаться в улей по диагональному пути.

Описание лабиринта
Лабиринт имел размеры 13 х 13 х 2,1 см и состоял из 9 рядов (каналов). Путь через лабиринт содержал несколько тупиков и множество поворотов направо и налево. Поскольку известно, что шмели могут оставлять химические следы в качестве сигналов, изготовили 3 идентичных моющихся лабиринта для проведения экспериментов. Они сделаны из непрозрачного белого пластика (полиэтилен высокой плотности) со стенами и полом и покрыты прозрачной плексигласовой пластиной. В этом лабиринте визуальные ориентиры отсутствовали, поскольку не было разницы в цвете между стенами и полом. Лабиринты были достаточно маленькими и глубокими, чтобы пчелы внутри них не могли видеть поверх непрозрачных каналов.

Пластиковые лабиринты промывали 70%-ным раствором этанола в воде и вытирали насухо после каждого использования, чтобы удалить любые остатки, оставленные пчелами. Пчел индивидуально метили на спинной поверхности грудной клетки уникальными пронумерованными и цветными метками.

Процедура эксперимента
Чтобы добыть корм, пчела должна была пройти через лабиринт, а затем долететь до места кормления. Поскольку некоторым пчелам требовалось много времени для выполнения этой задачи, или они не смогли пройти через лабиринт, был установлен критерий максимального времени в 20 минут для достижения успеха. Те кто не смог пройти за 20 минут, исключены из эксперимента.

Для поведенческой оценки возможного воздействия химических веществ, используемых для маркировки следов, засекали время, необходимое каждой из 15 пчел (в порядке их входа в лабиринт) для прохождения лабиринта, и отмечали, где в порядке появления оказались те пчелы, которые не смогли пройти лабиринт. Для каждой успешно прошедшей пчелы и каждый раз, когда она проходила лабиринт, регистрировались выбор поворота налево или направо, время прохождения (с помощью секундомера) и количество ошибок (поворот в неправильном направлении и/или изменение направления после поворота в правильном направлении). Также регистрировали количество раз, когда каждая пчела проходила лабиринт без ошибок.

Результаты
Возможное влияние маркировки следов: не обнаружили корреляции между порядком входа пчел в лабиринт и временем, затраченным пчелами на его прохождение.

Навигация по лабиринту и сходства между колониями
Рабочие шмели (B. impatiens) могли перемещаться по лабиринту без использования визуальных ориентиров. С увеличением опыта пчелы становились все лучше и лучше, достигая максимальной скорости прохождения лабиринта. Не было существенных различий между тремя колониями во времени, затраченном пчелами на первое прохождение лабиринта, а также на первое или последние 5 испытаний. Не было различий во времени, затраченном пчелами из разных колоний на прохождение лабиринта за 20 испытаний. Как и ожидалось, наблюдались значительные различия между испытаниями, проведенными в ходе экспериментов, по мере того, как пчелы становились все более опытными.

Аналогичное сходство между колониями для количества ошибок (около 7 для неопытных пчел при первом прохождении лабиринта) против менее 1 у опытных пчел, которые безупречно прошли лабиринт после нескольких попыток. Количество ошибок, допущенных пчелами, уменьшалось, так что после 2 дней и 17 попыток они прошли лабиринт без ошибок. Не было существенных различий между 3 колониями пчел по общему количеству ошибок, допущенных ими за 20 попыток, но, были существенные различия между попытками.

Неопытные пчелы, независимо от колонии, делали случайный выбор в своих первых ходах при входе в лабиринт (ожидаемое количество ошибок при случайном выборе 50 %). После того, как пчелы набрались опыта, частота их ошибок при входе в лабиринт стала неслучайной и направленной правильно.

Обсуждение
Рабочие шмели (Bombus impatiens) могут научиться ориентироваться, проходя через сложные лабиринты с множеством поворотов и тупиков, как это используется в классическом обучении позвоночных. Результаты показывают, что пчелы не использовали химические сигналы, связанные с возможной маркировкой следов. Колонии не различались по своей способности к обучению навигации. Результаты показывают, что фуражиры B. impatiens способны проходить многоповоротный лабиринт в отсутствие визуальных и химических сигналов.

В эксперименте со сложным лабиринтом из 9 каналов, каждый из которых имел только один успешный выход, пчелы сначала долго (от 10 до 15 минут) проходили лабиринт и требовали многочисленных попыток, чтобы пройти его без ошибок, но после нескольких попыток их показатели заметно улучшились. Они безошибочно проходили лабиринты после 15–17 попыток, делая это примерно за 30 секунд. После того, как пчелы научились проходить лабиринты, не было различий в их последующих результатах в течение 20 попыток, измеренных по количеству ошибок, допущенных пчелами в лабиринте, или по времени, затраченному на его успешное прохождение.

Хотя шмели добывают пищу, летая к своим гнездам и обратно, многие задачи они выполняют пешком. Внутри гнезда королева, рабочие особи и даже трутни ухаживают за расплодом, поддерживают и расширяют гнездо. Амазонский шмель, B. transversalis (Оливье), даже собирает материалы для строительства гнезда вдоль своих проторенных троп. Хорошо известно, что шмели строят свои гнезда в грудах камней, подземных полостях и в зданиях, где им приходится передвигаться и ориентироваться в топографически простых и сложных пространствах. Таким образом, хотя обучение прохождению лабиринтов с несколькими поворотами и ходячая навигация могут показаться неестественными, они могут быть важны в жизни шмелей. Практическое применение такой навигации иллюстрируется технологией, использующей шмелей для доставки агентов биологического контроля против вредителей и патогенов сельскохозяйственных культур из специальных, довольно сложных (с односторонним входом и выходом) проходных диспенсеров на ульях.

03.01.2026

Комментарий:

Шнобелевская премия 2018 репродуктивная медицина

Урологи из США и Японии опубликовали статью - Мониторинг распухания ночного пениса с помощью марок - теперь каждому стало известно, что ночной пенис необходимо обклеивать со всех сторон марками
подробнее

Шнобелевская премия 2004 медицина

Доктор Стивен Стэк, университет Вэйна, Детройт, Мичиган, США, и профессор социологии Джеймс Гандлах, университет Оберна, Алабама, США, опубликовали исследование - Влияние музыки кантри на самоубийство в журнале Social Forces. Проанализировали 1400 хитов
подробнее

Источник - пресса

Шнобель Процедура Пресса Анналы Архив Статьи Шнобелист