Земляной шмель (Bombus terrestris)

Социальное обучение — передача знаний от инноватора всем остальным членам популяции (наблюдателям) — распространено не только среди людей, но и среди других животных. В качестве примеров можно привести навыки мытья картофеля и рыбалки у приматов, очистки сосновых шишек у грызунов, а также открытия молочных бутылок у птиц. Как показали исследования, отдельные приобретённые навыки могут очень широко распространиться в популяции животных, проживающих на большой площади. Никто из животных уже не помнит, откуда возник такой навык, кто конкретно придумал эту инновацию. Просто знания передаются по наследству от старших к младшим.

Этот феномен привлекает внимание учёных, потому что он позволяет понять происхождение человека. Каким образом мы получили такое важное качество как передача навыков друг другу? Ведь эффективное распространение новых умений от отдельных инноваторов к менее одарённым сородичам — ключевой эвоюционный фактор культурных процессов, которые сделали нас людьми.

Учёные выяснили, что некоторые животные успешно демонстрируют два необходимых фактора для эволюции: 1) умеют перенимать навык у демонстратора (например, человека); 2) умеют сами демонстрировать приобретённый навык своим сородичам. Новое знание может сохраняться в популяции несколько поколений.

Некоторые из приобретённых и передаваемых знаний довольно сложны в обучении. Что отличает пчёл и других высокоорганизованных социальных насекомых — это то, что сложные коллективные решения (например, решение строить улей в новом месте) могут приниматься путём передачи друг другу относительно простых сигналов. Это интересная особенность роевых насекомых, которая может быть полезна в оптимизации человеческого общества, а также в создании систем роевого интеллекта, которые сейчас активно совершенствуются в робототехнике.

В этой связи интересно, что учёные ещё никогда тщательно не изучали, как именно в социальной сети насекомых распространяется знание о новых способах добычи пищи. Учёные из Лондонского университета королевы Марии (Великобритания) провели именно такой эксперимент. Целью учёных было определить функционирование базовых когнитивных элементов культуры.

Изучению пчёл посвящена специальная наука — апиология. Специалисты-апиологи всю жизнь посвящают изучению этих необычных насекомых, и всё равно нам известно ещё далеко не всё об их способностях. В последние десятилетия выяснилось, что пчёлы умеют различать логические категории объектов, имеют пространственные понятия, понимают математическую концепцию множественности. Исследования показали, что пчёлы умеют делать умозаключения о присутствии ценных источников пищи по косвенным признакам. Поэтому учёные предлагали для чистоты эксперимент по передаче навыков обучить пчёл новому поведению, которое им совершенно несвойственно.

Для такой задачи апиологи из Лондонского университета королевы Марии выбрали задачу вытягивания еды лапками за верёвку.



Для участия в эксперименте выбрали группу земляных шмелей (Bombus terrestris), принадлежащих роду шмелей из семейства пчёл настоящих.

Шмелей отобрали из восьми разных колоний. Ни один шмель в предварительном испытании не смог выполнить задачу по вытягиванию верёвки с едой в течение 5 минут. После этого шмелей постепенно обучили доставать цветок из-под плексигласа, вытягивая его за верёвку. Обучение происходило по стандартной методике: цветок сначала почти полностью был доступен из-под плексигласа, так что достать его можно было в один шаг. Затем цветок скрывали под стеклом наполовину, затем на 75%, и так далее. В конце концов, шмели осознали, что достать цветок можно, если долго вытягивать верёвку, перебирая её лапками. Среднее время обучения одного шмеля составило 309±18 минут.

Учёные затем определили, что среди всех шмелей существуют шмели-инноваторы, которые быстрее других обучаются вытягивать еду за верёвку. Из опытной группы в 110 шмелей таких оказалось двое. Они научились тянуть верёвку всего за 10 минут, испробовав во время двух пятиминутных сессий несколько разных методов достать еду (видео: действия инноватора). Метод вытягивания верёвки они заметили случайно, когда перебирали лапками, пытаясь достать цветок из под стекла.

Опыт подтвердил, что новые навыки могут быть освоены шмелями случайно, но это редкая способность, доступная только одарённым шмелям. Все остальные шмели проходили испытание много раз после этого, но так и не научились тянуть верёвку.

Учёные проверили, способны ли шмели-наблюдатели перенимать навык добычи пищи у шмелей-демонстраторов, как это должно происходить в их естественной среде обитания. Для этого организовали специальную арену для наблюдения действий шмеля-демонстратора 52 другими особями (наблюдателями).

В то же время демонстраторов обучили демонстрировать свой навык дважды во время каждого сеанса. 25 из 52 наблюдателей потом допустили к верёвке — и 17 из них смогли успешно достать еду с первой попытки. Скорость вытягивания верёвки у наблюдателей оказалась почти такой же медленной (181±19 сек), как у талантливых шмелей-самоучек (245±3,53 сек), что на порядок медленнее, чем у шмелей, которых дрессировали профессионалы (22,1±1,5 сек).

В конце концов, учёные проверили, насколько быстро новое знание распространяется в шмелиной колонии. Они также проверили несколько гипотез, какие именно метода применяют шмели для освоения новых навыков во время наблюдения. Выяснилось, что наблюдатели не обучаются конкретным движениям лапок, но осознают наличие стимула и узнают, в каком месте клетки нужно находиться, применяя метод проб и ошибок (видео: действия неопытного шмеля после сеанса наблюдения за опытным демонстратором).

Проведённое исследование показало, что шмели способны осваивать довольно сложные и неестественные новые навыки путём наблюдения за другими шмелями. Кроме того, некоторые одарённые шмели способны освоить эти навыки самостоятельно. Как показал опыт, наличие одарённых шмелей важно только на первом этапе. Усвоив навык, обычные шмели нормально передают его из поколения в поколении, в отсутствие инноваторов. В конце концов, подтверждено предположение о том, что направленное привитие навыков со стороны более развитой цивилизации способствует более быстрому распространению навыков в колонии, чем самостоятельное освоение навыков инноваторами-самоучками.

Научная работа опубликована 4 октября 2016 года в журнале PLOS Biology (doi: 10.1371/journal.pbio.1002564).