Шмели перенимают новые знания от товарищей

Рис. 1. Лабораторная колония земляных шмелей, у которых, как выяснилось, имеется подобие культурного наследия: они способны обучаться новым поведенческим алгоритмам у окружающих, передавать и сохранять обретенную поведенческую схему в ряду новобранцев. Фото с сайта alexanderwild.com

Международная группа этологов провела серию интересных экспериментов на шмелях. В этих экспериментах шмели должны были освоить нехарактерный для них поведенческий алгоритм — научиться вытягивать из-под низкого столика за ниточку кормушку с сиропом. Помимо этого, их товарищи, наблюдая за этими действиями, имели возможность осваивать эту новую манеру поведения. В большинстве случаев такие наблюдения привели к успешному выполнению задания. В колониях шмелей, где имелся хотя бы один носитель нового навыка, этот навык быстро распространялся среди особей, причем учителями могли выступать все новые и новые «посвященные». Способность перенимать у особей своего вида привычки и поведение, а также передавать обретенные навыки неопытным преемникам, является критерием существования культуры, а это ровно то, что продемонстрировали шмели. Это исследование ставит вопросы о том, что считать культурой, ее элементарными составляющими. Ученые заключают, что сложная человеческая культура могла сформироваться на базе простых когнитивных свойств, таких как способность к обучению, повышенное внимание к особям своего вида, использование метода проб и ошибок.

В первой половине ХХ века термин «культура» употребляли исключительно по отношению к человеку, считая культуру продуктом человеческого сознания. К концу ХХ века стало ясно, что этот термин вполне приложим к различным видам приматов, китообразных, некоторых птиц. Так, даже скептиков убедили исследования распространения у макак привычки мыть бататы, работы по изучению особенных способов и объектов охоты в популяциях гренландских китов и касаток. Еще одним известным примером стал случай с синицами лондонских пригородов: они научились проклевывать крышечки на молочных бутылках. Все эти факты породили волну споров, что считать культурой, чем культура отличается от социального научения (обучение за счет наблюдения и подражания в обществе конспецификов с сохранением обретенного паттерна поведения в череде поколений). Обсуждают также роль подражания в культуре и социальном научении, и чем отличается простое подражание от истинного (истинное выполняется с учетом знания конечной цели действия).

Рис. 2. Этапы обучения шмелей новому навыку. На нулевом этапе шмели учились связывать получение корма с обликом экспериментальной кормушки — синего искусственного цветка. На первом этапе цветок был наполовину задвинут под крышку столика, и можно было вытянуть его одним движением за ниточку. На втором этапе цветок задвигали под столик на 75%, на третьем — целиком, а на последнем из-под стола торчала только ниточка (на видео из дополнительных материалов к обсуждаемой статье можно увидеть, как шмель справляется с 4 этапом). Из 40 шмелей 32 перешли на второй этап, обучившись манипулировать ниточкой с помощью передних лапок и челюстей, на третий и четвертый этапы перешли 29 и 28 шмелей соответственно. Полностью прошли обучение 23 шмеля. Рисунок из обсуждаемой статьи в PLoS Biology

Так или иначе, споры спорами, а исследования продолжаются. Пять лет назад вышла работа по распространению перенимаемого специфического брачного поведения в популяции дрозофил, и некоторые ученые предложили считать, что обретенный поведенческий паттерн — это свидетельство наличия культуры среди дрозофил (É. G. J. Danchin et al., 2010. Do invertebrates have culture?). В новом исследовании ученые из университета королевы Марии в Лондоне и норвежского университетского колледжа Волда изложили серию поведенческих экспериментов с обычными шмелями (Bombus terrestris). В этих экспериментах шмели продемонстрировали способность воспринимать необычный для них навык и распространять этот новый навык среди своих соседей. Как называть это явление — культурой или социальным научением — дело вкуса. Но только теперь совершенно точно при обсуждении происхождения культуры и ее сущности придется учитывать не только человека и животных с развитой центральной нервной системой, но и представителей беспозвоночных, таких как шмели.

Суть экспериментов состояла в следующем. Сначала необученных шмелей тренировали выполнять необычное для них действие — вытягивать за ниточку из-под прозрачной плексигласовой крышки кормушку с сиропом. Обучение проходило в четыре этапа (рис. 2), и в результате больше половины шмелей смогли освоить этот трюк.

Без обучения шмели не могли пройти этот тест: лишь два шмеля из около трехсот испытанных смогли вытащить кормушку за ниточку без всяких промежуточных тренировочных этапов.

Итак, экспериментаторы научили шмелей необычному трюку, который случайным образом они бы вряд ли выполнили. Далее им нужно было проверить, могут ли шмели научить друг друга чему-нибудь. Для этого рядом с кормушкой ставили прозрачную коробочку со шмелем, который до того в тренировках не участвовал, а к кормушке выпускали обученного шмеля. «Ученик» мог видеть действия умелого товарища. Затем и его самого выпускали к кормушке.

Более половины (60%) учеников-наблюдателей справлялись с задачей с первого раза. Правда, им требовалось для ее выполнения существенно больше времени, чем учителю. Но это понятно — они ведь только видели, как кормушка вытягивается за ниточку, но сами манипуляции лапками и челюстями ученику приходилось осваивать самостоятельно. Как показал анализ видеозаписей, шмель-ученик осваивал новый трюк методом проб и ошибок: имея в виду конечную цель, он пробовал разные манипуляции, и в конечном итоге находил успешный вариант (см. видео, на котором ученик выполняет задание, вылетев после наблюдения за демонстратором; видно, что задача дается ему не сразу, а только после нескольких неудачных целенаправленных попыток)

Шмель-учитель оказывается важным элементом обучения: если убрать демонстратора из схемы и просто вытягивать кормушку за ниточку, то шмель-наблюдатель не воспримет успешный алгоритм действия. Он будет суетиться вокруг столика с кормушкой, пытаясь залезть под него. Ни один из наблюдателей в эксперименте без учителя не справился с задачей.

Ученые попытались выяснить, насколько осмысленно обучение — то есть действительно ли ученики «понимают», зачем им нужна веревочка, или все-таки не очень. В частности, это проверяли, меняя направление веревки. Эта серия экспериментов показала, что если веревка лежит так же, как и в период обучение, то почти все (92%) шмели-ученики сразу летят к ней. А вот если направление веревки было другим, то сразу к ней летело всего 28,5% шмелей. Это мало отличается от случайного выбора из четырех вариантов (25%). Получается, что шмелям важнее, «где тянуть», чем «что тянуть».

В целом, совокупность экспериментов свидетельствует о том, что шмели могут набираться знаний, глядя на действия успешного демонстратора. Примерно так обучаются искусству приготовления суши: ученики просто находятся рядом и наблюдают, как день за днем мастер готовит суши (см. книгу Франса де Вааля The Ape and the Sushi Master: Cultural Reflections by a Primatologist).

Важно было проверить, как распространяется новое знание в шмелином обществе, будет ли оно передаваться от особи к особи. Если этого нет, то речь может идти не о культуре или социальном научении, а лишь о выработке условного рефлекса, пусть и очень хитроумного. В три колонии шмелей посадили по одному обученному демонстратору и затем выпускали шмелей случайными парами к кормушке с ниточками. Через некоторое время большинство особей в колонии освоили новый трюк. Так как все парные полеты записывались и все шмели имели индивидуальные метки, то можно было легко проследить, как идет распространение знаний. Обучать, как выяснилось, могли не только первоначальные носители знаний, но и их ученики, и ученики учеников (рис. 3). И даже больше — во время эксперимента один из трех изначальных демонстраторов умер, но распространение навыка в этой колонии все равно продолжалось. И это — доказательство возможности поддержания нового поведенческого алгоритма в череде восприемников даже после исчезновения первого носителя навыка.

Рис. 3. В такой последовательности шмели одной из колоний перенимали навык вытягивания кормушки из-под столика. Первый демонстратор обозначен желтым, его успешные ученики — оранжевым, их ученики — розовым, а их ученики — голубым. Толщина линий показывает число совместных полетов к кормушке, осуществленных данной парой, а размер кружков — число парных полетов, осуществленных данной особью. Номера — обозначения особей. Рисунок из обсуждаемой статьи в PLoS Biology

Ученые заключают, что способность особей к передаче друг другу сложных навыков, минуя генетическое наследование, служит основой для появления культуры. Эта способность проявляется тогда, когда конкретный навык становится важным и осуществимым. Если бы в случае английских синиц — любительниц утреннего молока — крышки оказались бы не из фольги, а из железа, или если бы лишь редкие англичане заказывали молочнику утреннее молоко, то у синиц не было бы ни возможности, ни стимула распространять и поддерживать необычный поведенческий алгоритм. А если бы англичане решили закрывать свои цветы низкими столиками, снабжая цветочки нитями, то английские пчелы наверняка прославились бы привычкой вытягивать себе цветы из-под столика. Механизм культурной передачи состоит из нескольких простых элементов — способности к обучению, действиям методом проб и ошибок, повышенному вниманию к поведению особей своего вида. Данные элементы свойственны многим, если не всем животным. Потому представления о процессе становления человеческой культуры на базе эволюционного развития простых поведенческих элементов, имеющихся у многих животных, видятся очень продуктивными.

Источник: S. Alem, C. J. Perry, X. Zhu, O. J. Loukola, T. Ingraham, E. Søvik, L. Chittka. Associative Mechanisms Allow for Social Learning and Cultural Transmission of String Pulling in an Insect // PLoS Biology. 2016. DOI: 10.1371/journal.pbio.1002564.

Елена Наймарк