Интеллектуальные способности общественных насекомых

• 6 апреля 2012

Конкурс «Детский исследовательский проект - 2012»

Номинация «Первые шаги в науке» 

Введение

Муравьи, осы, пчелы, шмели, термиты... Эти удивительные насекомые живут большими колониями, сообща строят гнезда, нередко поражающие воображение изяществом и сложностью архитектуры, вместе добывают корм и обороняются от врагов.

Наверное, многих, как и меня, завораживала кипучая деятельность лесных муравьев на куполе муравейника. Можно часами с интересом наблюдать, как они снуют туда и сюда, то сталкиваясь и обмениваясь прикосновениями усиков, то вновь разбегаясь, разглядывать среди травы их расходящиеся от гнезда тропы, как улицы большого города в часы пик заполненные бегущими в обе стороны муравьями, или следить за тем, как тащат они по тропинке какую-нибудь гусеницу или крупного жука.

Я думаю, что некоторым из вас довелось побывать на пасеке и надолго запомнить зачаровывающее зрелище мерно гудящей массы пчел на восковых сотах, построенных из правильных шестигранных ячеек, и суеты у летка, где встречаются два потока пчел: один устремляется из улья за взятком, а другой возвращается с тяжелым грузом нектара и цветными шариками - обножками пыльцы.

Цель исследования – выявить общие принципы социальной организации жизни пчел и муравьев и определить роль интеллектуальных способностей и врожденных инстинктов в групповом поведении общественных насекомых.

Задачи исследования:

• Выявить признаки общественных насекомых.
• Определить некоторые особенности поведения эусоциальных насекомых.
• Рассмотреть особенности развития «интеллекта» у общественных насекомых.
• Провести наблюдения и эксперименты за поведением общественных насекомых.

Объект исследования – жизнь и поведение общественных насекомых.

Предмет исследования – врожденные инстинкты и интеллектуальные способности у общественных насекомых

Актуальность исследования обусловлена вниманием к сложному социальному поведению насекомых, которое во все времена привлекало внимание ученых и даже писателей. Интерес к этим занятным существам неизменно высок и среди натуралистов – любителей природы. И тем не менее общественным насекомым на русском языке посвящено очень немного научных и еще меньше популярных изданий. Если о муравьях и медоносных пчелах можно отыскать какие-то книги, то об осах, шмелях прочесть практически нечего.

Однако, жизнь общественных насекомых столь многообразна, что отразить особенности всех насекомых в одном исследовании невозможно. И потому особое внимание мы обратили на жизнь и общественную деятельность пчел и муравьев в сравнении и сопоставлении их друг с другом.

Гипотеза исследования – способность к обучению у общественных насекомых значительно выше, чем у насекомых, ведущих обособленный образ жизни.

Методы исследования – наблюдение и эксперимент.

Экспериментальные исследования некоторых форм социального поведения пчел и рыжих лесных муравьев

Как утверждает одна группа ученых, многие формы социального поведения не требуют для своего развития какого-либо обучения, передачи навыков от сородичей, действия особей оказываются врожденными, чисто инстинктивными.

Мы решили провести эксперимент, в ходе которого взяли соты медоносной пчелы с запечатанными куколками и поставили в пустой улей.Вскоре в нем появились молодые пчелы. Они начали чистить ячейки, строить новые соты, заботиться о личинках (мы дали им соты с яйцами), хотя никогда не встречались со старыми и опытными особями, от которых могли бы научиться делать все это.

Увидели мы в экспериментальном улье и танцы, ими пчелы сообщали друг другу о найденном корме. Значит, способность пчел передавать и понимать сигналы тоже инстинктивна и не приобретается в течение жизни от сородичей.

Стоит отметить, что это большой контраст с поведением человека. Ведь люди получают практически все социальные навыки поведения и общения путем обучения и подражания другим людям. Язык человека развивается тоже только при общении со взрослыми с первых лет жизни (вспомните не выдуманного, а настоящих маугли - детей, выросших в полной изоляции и потому по уровню психического развития стоящих ниже пещерного человека).

Мы провели еще один эксперимент. В один из пустых ульев на нашей небольшой пасеке залетел рой пчел, которые по всем внешним признакам отличался от пчел, живших в двух других ульях. Мы решили проверить, отличается ли поведение этих разных видов пчел и переставили сот с яйцами из одного улья в другой. Более крупные пчелы выкормили гораздо более мелких пчел - возникла смешанная семья.

Тогда мы стали наблюдать за танцами пчел и выяснили, что танцуют пчелы из смешанной семьи по-разному: более крупные пчелы оказались наиболее живо танцующей среди исследованных рас. Значит, основные параметры танца определяются наследственностью и не изменяются при выращивании личинок пчелами другой расы.

Мы решили проверить, как обстоит дело с восприятием информации, заключенной в танце? Пчелам из смешанной семьи предложили кормушку, удаленную на 500 м от улья. Танцы крупных пчел совершенно правильно поняли другие крупные пчелы, вскоре появившиеся на той же кормушке. Но вот мелкие ошиблись, и почти все прилетели на пустую контрольную кормушку, находившуюся в 300 м от улья. Позже мы прочиталив литературе, что темп, в котором танцуют пчелы, может указывать на разные расстояния. Так, наш эксперимент показал, что и способность «расшифровывать» танцы врожденная и не зависит от воспитания и обучения.

Эксперименты по определению способности к обучению у общественных насекомых

Как мы уже отмечали выше, вторая группа исследователей считает, что преобладание у общественных насекомых врожденных элементов поведения не свидетельствует о том, что внешняя среда и опыт не играют в их жизни никакой роли. Напротив, эусоциальные насекомые оказываются очень способными учениками, нисколько не хуже, чем птицы и млекопитающие. Мы решили проверить, как происходит обучение у медоносной пчелы. В течение нескольких дней мы размещали кормушку в одно и то же время недалеко от улья. Уже на третий день пчелы начали собираться у кормушки именно в то время, когда в предыдущие дни в ней появлялся сироп.

На втором этапе эксперимента мы разместили на том же месте две кормушки разных цветов: в кормушке красного цвета был сироп, кормушка синего цвета была пуста.На третий день пчелы без предварительной разведки подлетали к кормушке красного цвета. Когда у пчел закрепился навык подлетать к кормушке красного цвета, мы провели контрольную перестановку кормушек. Оказалось, что пчелы запомнили взаимосвязь – цвет – пища и даже на новом месте безошибочно отыскали кормушку красного цвета.

Итак, мы обнаружили, что условные рефлексы образуются у пчел нередко сразу, то есть при единственном сочетании безусловного стимула (пищи) с условным, в качестве которого могут выступать цвет, расположение предметов, осязательные сигналы и даже время. Пчеле достаточно всего три секунды пососать сахарный сироп, чтобы запомнить цвет или запах кормушки, на которой она получила пищевое подкрепление.

Ничуть не хуже образуются условные рефлексы у муравьев, ос и шмелей.

У муравьев удается выработать даже довольно сложные инструментальные рефлексы. В литературе подробно описан эксперимент А. Рехштайнера, в котором возле дороги малого лесного муравья был установлен аппарат, две нити которого соединялись со шторками. Если муравьи тянули первую нить, то получали в качестве вознаграждения сахарный сироп за шторкой; потягивание второй нити не поощрялось. Муравьи скоро уловили эту закономерность и дергали за первую нить свыше 60 раз в час, а за вторую - не более 20. Причем нередко за нить тянули одни муравьи, а сахарный сироп поедали другие.

Итак видим, что высокоорганизованные общественные насекомые способны к быстрому обучению. 

Мы провели эксперимент с тремя муравейниками муравьев рода формика, находящимися недалеко от нашего дома.

Цель эксперимента – изучить значение предшествующего опыта в мобилизации на пищу у рыжих лесных муравьев.

Группы из разных муравейников получали равное количество корма, но были поставлены в разные условия фуражировки. В первой (контрольной) группе пищу муравьям давали в кормушках на неограниченное время. Во втором варианте кормушку выставляли только на один час каждый день и муравьям приходилось поторапливаться, чтобы успеть обеспечить себя и расплод пищей. И, наконец, в третьей группе животную пищу (капельки бульона) равномерно распределяли по арене, так что проводить мобилизацию не имело смысла, пищу должны были собирать одиночные фуражиры.

Через один месяц, когда муравьи привыкли к предложенным им режимам, провели экзамен, проследив за реакцией муравьев на кормушку, выставленную на арену при свете, то есть как в контрольной группе. Вот тут и выяснилось, что хотя муравьи во всех группах были генетически близкородственными, но вели они себя совершенно по-разному. В контрольной группе они проводили типичную мобилизацию. Во второй группе поставленные в жесткие рамки по времени муравьи научились проводить мобилизацию значительно оперативнее, чем в естественных условиях. Они бурно реагировали на первый же приход разведчика, и уже через несколько минут число муравьев на кормушке достигало максимума; вторичные мобилизации муравьи обычно не практиковали, ведь они привыкли, что кормушка всегда исчезает через час. Ну и, наконец, муравьи в последней группе оказались абсолютно неспособными провести мобилизацию, поскольку условия их жизни не требовали такого умения. Они не воспринимали след разведчика как сигнал и плохо шли за лидером, в результате образующиеся цепочки муравьев чаще всего распадались, не достигнув кормушки.

Результаты этих экспериментов говорят о том, что формика и, вероятно, многие другие муравьи не имеют жестких врожденных систем мобилизации, но способны создавать их применительно к конкретным условиям обитания. Несомненно, поведение при прокладке следа, движении по следу, тактильные и прочие активирующие сигналы основаны на врожденных механизмах. Но то, как эти элементы будут сочетаться друг с другом в системе мобилизации, зависит от конкретной ситуации, определяется обучением и приобретением опыта муравьями-фуражирами.

Например, след разведчика может играть очень важную или незначительную сигнальную роль. Муравьи могут бурно реагировать на активирующие сигналы разведчика или почти не замечать их, могут старательно бежать цепочкой за лидером или предпочитать индивидуальную фуражировку. Мы пока не знаем, как происходит такое обучение, каким образом формируются различные системы мобилизации.

Для того чтобы это установить, нужны кропотливые исследования. Но теперь совершенно ясно, что многие коммуникативные системы у общественных насекомых достаточно подвижны, могут перестраиваться, приспосабливаться к окружающим условиям.

Несомненно, что общественные насекомые используют способности к обучению, приобретению опыта гораздо шире, чем принято думать. Это позволяет им эффективно приноравливаться к различным изменениям среды обитания, расселяться и процветать даже в очень суровых условиях. Такая пластичность поведения - одно из преимуществ социального образа жизни по сравнению с одиночным.

Иногда на основе приобретения опыта у общественных насекомых может возникать некоторое подобие «культурных традиций» — передачи сведений из поколения в поколение. Например, у рыжих лесных муравьев сеть дорог и тропинок на территории, размещение охотничьих участков удивительно стабильны и сохраняются практически неизменными многие годы.

Ученым удалось установить, что эта стабильность базируется на зрительной памяти муравьев, не утрачивающейся у них в течение долгой зимы. Весной первыми из муравейника выходят самые старые фуражиры, которые помнят все ориентиры и прочие особенности участков. Они и восстанавливают дорожную сеть. Молодые муравьи, только приступающие к работам вне гнезда, постепенно осваивают территорию, запоминают ориентиры и так приобщаются к «традициям» своей колонии.

Если отловить с дороги и поверхности примыкающего к ней сектора купола всех фуражиров, то когда через несколько дней из гнезда выйдут молодые рабочие, они не смогут восстановить прежнюю дорожную сеть, поскольку не обладают необходимой информацией. Но если убрать только муравьев с дороги, оставив тех, кто находится на куполе, то муравьи во всех деталях реконструируют всю систему дорог. В экстремальных условиях, когда исчезали все фуражиры колонны, наблюдатели, покинув свои посты на куполе, выходили на территорию и помогали «новобранцам» восстановить дорожную сеть.

Конечно, подобная «передача традиций» не предполагает непосредственного обучения молодых муравьев старыми, но все же свидетельствует о социальной преемственности, основанной не на биологической наследственности, а на приобретении индивидуального опыта новыми поколениями насекомых.

Здесь мы подходим к удивительнейшему факту: наиболее высокоорганизованные общественные насекомые – медоносные пчелы и муравьи, – несмотря на явное преобладание в их поведений инстинктов и интеллектуальную ограниченность, все же обладают зачатками рассудочной деятельности. 

Высшим интеллектуальным достижением среди животных нередко считают использование простейших орудий. Подобное поведение в некоторых случаях наблюдали и у общественных насекомых. Мы наблюдали за рабочими муравьями рода формика. Обнаружив раздавленную гусеницу, гнилую ягоду или другой источник полужидкой пищи, подбирают вокруг кусочки древесины, сухую грязь и бросают на добычу. Когда эти частицы пропитаются полужидкой кашицей, муравьи уносят их в гнездо, где тщательно облизывают и высасывают все съедобное. И сегодня вполне современно звучит точка зрения О. Фореля, К. Эмери и многих других ученых прошлого о том, что поведение общественных насекомых в основном инстинктивно, но у них имеются элементы разумной деятельности.

Заключение

Все сказанное выше позволяет нам подчеркнуть еще одну важнейшую особенность коллективного поведения общественных насекомых. Как правило, его организация такова, что отдельное насекомое не в состоянии оценивать ход различных процессов в колонии и не имеет о них представления. Муравей, пчела или термит не могут знать, как много в их гнезде личинок, каковы запасы и потребности в пище, сколько необходимо воды или строительных материалов и т. д. Они просто реагируют на те конкретные ситуации, в которые попадают, и на те стимулы, с которыми встречаются, в соответствии с врожденными программами поведения, приобретенным в течение жизни опытом, физиологическим состоянием организма и информацией, полученной от собратьев по гнезду. Организация всех этих процессов такова, что при суммировании, усреднении нередко противоречивых, бессмысленных и нерациональных действий множества насекомых возникает вполне целесообразный результат. 

Именно такая особенность в организации жизни и деятельности общественных насекомых позволяет некоторым исследователям сравнивать жизнь улья или муравейника с жизнью человека в обществе.

Весьма оригинальным, при этом, оказывается понятие «человейник», появившееся в конце XX - начале XI века.

В связи с этим, считаем перспективным дальнейшее исследование жизни и деятельности эусоциальных насекомых.

Приложение: Презентация.

Автор: Логинов Иван, 9 лет, ученик 3 «Б» класса МБОУ СОШ № 12 города Новоалтайска, Алтайского края. Руководитель: Стасюк Нина Васильевна, учитель начальных классов, I квалификационная категория, МБОУ СОШ №12 города Новоалтайска, Алтайского края, стаж работы: 15 лет.