Биологи обнаружили, что шмели способны различать короткие и длинные световые вспышки, чтобы находить пищу. Это умение, напоминающее распознавание сигналов азбуки Морзе, ранее считалось характерным только для позвоночных животных.

Значение временной информации для животных

Способность обрабатывать временные сигналы играет ключевую роль в выживании животных. Она помогает им планировать поиск пищи, общаться с сородичами и избегать хищников. Например, колибри запоминают, как быстро в определённых цветах появляется нектар, чтобы возвращаться к ним в нужный момент. У медоносных пчёл существует сложный «танец», в котором продолжительность движений указывает на расстояние до источника пищи.

Механизмы восприятия времени

Животные воспринимают время на разных масштабах — от многолетних сезонных циклов до долей секунды. Длительные циклы, такие как смена дня и ночи, регулируют внутренние биологические часы, основанные на синтезе белков. Однако эти механизмы слишком медленны, чтобы объяснить способность различать короткие интервалы, измеряемые в секундах. До недавнего времени считалось, что такая способность есть только у позвоночных с развитым мозгом — обезьян, крыс или голубей.

Вопрос о возможностях насекомых

Оставался открытым вопрос, могут ли насекомые с их миниатюрной нервной системой справляться с подобными задачами. Несмотря на то, что их мозг меньше одного кубического миллиметра, шмели демонстрируют сложное поведение. Изучение их способностей помогает понять фундаментальные принципы работы нервной системы.

Эксперимент с шмелями

Биологи решили проверить, способны ли шмели Bombus terrestris различать длительность визуальных сигналов для принятия решений. Результаты были опубликованы в журнале Biology Letters.

Для эксперимента был создан специальный лабиринт из трёх отсеков, в каждом из которых находился монитор. На экране шмелям показывали два мигающих жёлтых круга: один мигал с короткими интервалами («точка»), другой — с длинными («тире»). Один из сигналов ассоциировался с наградой — каплей сахарного раствора, другой — с наказанием в виде капли горького раствора хинина. Чтобы шмели ориентировались именно на сигнал, а не на расположение награды, позиции «точки» и «тире» постоянно менялись.

Обучение продолжалось до тех пор, пока шмель не начинал делать 15 правильных выборов из 20 попыток. Затем наступала фаза тестирования, в которой вместо награды и наказания использовали обычную воду. Это позволяло убедиться, что насекомые реагируют именно на длительность вспышек, а не на запах или другие признаки.

Два этапа эксперимента

Эксперимент проводился в два этапа. В первом варианте общая продолжительность свечения у «длинного» и «короткого» сигналов различалась (например, «длинный» светился пять секунд, а «короткий» — одну). Во втором этапе задачу усложнили: суммарная продолжительность свечения для обоих сигналов была одинаковой, но различались частота и длительность отдельных вспышек.

Результаты исследования

Шмели успешно справились с задачей в обоих экспериментах. Они научились безошибочно находить нужный сигнал, связанный с наградой, даже когда общее количество света от двух кругов было одинаковым. В первом эксперименте 16 из 20 шмелей, а во втором — 17 из 21 показали результат выше случайного. Это доказывает, что насекомые принимали решение, ориентируясь именно на длительность отдельных вспышек, а не на общую яркость или частоту миганий.

Выводы и значение работы

Исследование показало, что шмели обладают сложными способностями к обработке временной информации, которые ранее считались недоступными для насекомых. Эти умения не связаны с врождёнными стратегиями поиска пищи, поскольку в природе шмели не сталкиваются с мигающими сигналами. Вероятно, они используют более универсальные механизмы обучения.

Учёные предполагают, что схожие нейронные цепи могут отвечать как за восприятие времени, так и за ориентацию в пространстве, например, при оценке скорости полёта. Изучение таких эффективных «вычислительных» систем у насекомых может помочь лучше понять, как работает мозг на самом базовом уровне.