Наука и технологии России

Вход Регистрация

Игры пчелиного разума

Владимир Карцев вместе с коллегами с биофака МГУ изучает, насколько разумны насекомые. Долгое время велись споры, могут ли они хотя бы просто обучаться, например запоминать цвет и запах искомого объекта. А оказалось, что в этом смысле они не уступают позвоночным! У насекомых вырабатываются условные рефлексы, так же происходит их угасание, бывает переутомление нервной системы. Мало того, они способны к элементарным логическим операциям.

Справка STRF.ru:
Карцев Владимир, научный сотрудник кафедры энтомологии биологического факультета МГУ, кандидат биологических наук, член жюри конкурса фотографии на фестивале «Искусство науки». Он занимается исследованием интеллектуальных способностей насекомых, а фотография для него – хобби, тесно связанное с профессией

Как получилось, что Вы занялись насекомыми?

– Вообще-то, я не собирался идти в энтомологию. Я думал быть врачом. Но как-то раз случайно вместе с соседкой по подъезду заглянул на занятие энтомологического кружка. Его вела замечательный человек, Елена Михайловна Антонова из Зоомузея. Там я под бинокуляром увидел голову стрекозы с огромными фасеточными глазами, смотрел и не смог оторваться. Так я навсегда был поражён тем, как сложно устроены обычные насекомые, которые нас окружают. Когда пришло время поступать в вуз, зашёл на биофак (экзамены-то у нас раньше, чем на других факультетах) и случайно поступил.

В чём заключаются Ваши научные интересы?

– В исследовании когнитивных способностей насекомых. Иначе говоря, мы выясняем, насколько они разумны. Россия в этой области была первой. Раньше никто даже не ставил вопрос о том, могут ли насекомые совершать элементарные абстрактные операции. Были споры, могут ли они хотя бы просто обучаться, например запоминать цвет и запах искомого объекта. А оказалось, что в этом смысле они не уступают позвоночным! У насекомых вырабатываются условные рефлексы, так же происходит их угасание, бывает переутомление нервной системы. Мало того, они способны к элементарным логическим операциям.

Медоносная_пчела_собирает_нектар В цветках растений разных видов насекомое должно индивидуально научиться находить нектар и пыльцу. Сначала оно действует методом проб и ошибок, а затем оптимизирует своё поведение. Медоносная пчела «работает» на цветке яблони, собирает нектар (но не берёт в данном случае пыльцу). Фото В. Карцева

Начиналось всё с профессора Георгия Мазохина-Поршнякова, который долгие годы заведовал нашей кафедрой. Он использовал методику нобелевского лауреата Карла Риттера фон Фриша, который получил премию за изучение поведения пчёл и открытие их языка танца. В самом языке танца никакого разума нет. Эта способность есть у пчёл от природы. Но Фриш изучал ещё и цветовое зрение пчёл. Он ставил им цветную кормушку среди кормушек серого цвета разной градации. В цветную наливал сахарный сироп, а в остальные – просто воду. По запаху пчёлы отличить сироп от воды не могут. Кормушку с сиропом он постоянно переставлял, чтобы её можно было найти по цвету, но не по положению. Если бы у пчёл не было цветового зрения, то обязательно нашлась бы такая серая кормушка, которая по яркости совпадала бы с цветной. Оказалось, что пчёлы безошибочно находят синие, жёлтые, зелёные кормушки среди серых. Красный цвет пчёлы не воспринимают. Собственно, тот факт, что пчела видит цвета, – это полдела; это говорит не о её мозгах, а об органах чувств. А поиск определённого цвета – это условный рефлекс, индивидуальное обучение. Сначала считалось, что пчёлы – это исключение, у насекомых сложных рефлексов быть не может. Потом выяснилось, что пчёлам не уступают и другие насекомые, например осы, с которыми также проводили эксперименты.

Столик_для_дрессировки_пчёл Нехитрое устройство для дрессировки пчёл – дрессировочный столик с двумя разноцветными кормушками – искусственными цветками. Приманка находится только в одной кормушке. Оказалось, что пчелу можно обучить садиться на ту или другую кормушку в паре в зависимости от цвета фона, то есть ей под силу не просто обучаться, но и постигать логику задачи. До этого были описаны и другие когнитивные способности насекомых. Фото Анны Бельской

Мазохин-Поршняков продолжил эти опыты. Традиционно насекомые плохо различают формы. А если даже различают, то плохо этому обучаются. Он усложнил задачу: взял кормушки разных форм, например треугольные и четырёхугольные. Допустим, в паре треугольная кормушка содержит сироп, а четырёхугольная – воду. Долго-долго летает пчела, прежде чем научится садиться на треугольник. Потом ей дают другой треугольник – другого размера, с другими соотношениями сторон – и пропорции четырёхугольника тоже меняют. И пчела опять начинает учиться. Потом ей дают новую пару фигур, у которых сохраняется только число углов, а всё остальное меняется. Например, вместо квадрата дают трапецию. На третьем наборе фигур пчела чаще садится на кормушку с нужным числом углов, а на четвёртом-пятом – уже с небольшим числом ошибок. Это совершенно абстрактная операция – узнавание геометрической формы фигуры инвариантно к проективным преобразованиям.

Пчела_достаёт_сироп_из_искусственного_цветка Пчела достаёт сироп из искусственного цветка. Фото В. Карцева

Такие опыты повторяли очень много раз – давали карточки с разным числом точек: пчела различала одну точку, две точки и три точки вне зависимости от того, какого они были размера, как располагались относительно друг друга. Фактически во время этих опытов пчёлы считали до трёх. Сейчас провели новые опыты, которые показали, что пчёлы могут считать до четырёх. Потом изучали, определяет ли пчела непарные фигуры: давали набор из трёх фигур – две одинаковые, одна от них отличается. Дальше показывают абсолютно другой набор фигур, но с тем же принципом. На третий-четвёртый раз пчела его «схватывает». Пчёл также заставляли чередовать выбор искомых объектов: предлагали две одинаковые кормушки, кормили попеременно то на одной, то на другой. Оказалось, что и это пчела усваивает, сразу летит на ту кормушку, где ожидается приманка! Мы продолжили эти опыты, выяснили, что пчёлы могут выбирать либо один, либо другой объект в зависимости от дополнительного условия. Скажем, на синем фоне пчела выбирает одну кормушку и отказывается от другой, а на жёлтом фоне – наоборот. Это уже не прямое обучение, а постижение определённой логики! У позвоночных это называется «условно-рефлекторным переключением». Я избегаю давать такое определение для насекомых, потому что мозги у позвоночных и насекомых формировались независимо. Их эволюционные пути разделились на уровне организма типа гидры, у которой ещё никакой ЦНС не было. Сложное поведение у них возникло совершенно независимо, но при этом оно до мелочей похоже.

Наблюдения_за_пчёлами Наблюдения за пчёлами требуют внимания и большой сосредоточенности. В течение дня должны сменять друг друга по крайней мере двое экспериментаторов. Автоматизировать процесс не удаётся. На снимке – студенты кафедры энтомологии. Фото В. Карцева

Правда, нужно отметить, что методика разработана для общественных насекомых, которые много раз летают и относят корм в гнездо. Скажем, если муху накормить, она наестся и будет сытой полдня, летать туда-сюда ей незачем. А пчела собирает порцию корма и относит в гнездо, и так 200 раз за день. Повторяя действия, она оптимизирует своё поведение.

Какие у Вас планы по дальнейшим исследованиям?

– По исследованиям идей просто масса, рабочих рук только не хватает. Например, случайно или не случайно пчела перелетает с цветка на цветок? Понятно, что, если она забрала нектар, новая порция выделится цветком только через некоторое время. Это как если в лесу ты грибы выбрал, то на тот же участок возвращаться, пока новые не подрастут, нет смысла. Мы делали такие опыты с искусственными цветочками – оказалось, что и пчёлы, и осы могут оптимизировать траекторию движения так, чтобы не возвращаться на уже опустошённые цветки.

Чем объясняется сходство когнитивных способностей насекомых и позвоночных? Может быть, необходимость жить в социуме делает пчёл такими умными?

– Социальная структура тут как бы выносится за скобки. Когда пчела вылетает за пределы улья, она живёт сама по себе. А оса – уж тем более. Каждый фуражир учится самостоятельно.

Оса_на_кормушке Оса на кормушке. На спинке видна индивидуальная красная метка (сделанная лаком для ногтей). Для ос и пчёл применима одна и та же методика экспериментов. Интересно сравнивать поведение тех и других. Фото В. Карцева

Видимо, предпосылкой к развитию когнитивной деятельности является сама структура задачи. Скажем, до сих пор нет хорошего аппарата по чистке картошки, потому что вся картошка разной формы и размера, и никакой автомат с ней справиться не может. Когда животное, независимо от того, пчела это или собака, должно добиться искомого в сложной переменчивой ситуации, возникают сходные формы поведения.

Между прочим, чем выше интеллект животного, тем менее целесообразно его поведение в некоторых случаях. У таких животных появляются игры, исследовательская активность.

Мы как-то работали со шмелями. Кормили их от пуза, после чего они абсолютно переставали выполнять наши задачи. Но они всё равно прилетали, лезли в нос, в уши, в помойку, в розетки. Им было просто интересно, им что-то было надо. Но только не корм, потому как корма у них было полно.

Кстати, именно у социальных насекомых вся система работает только в том случае, если довольно много особей «бездельничают». Специалисты наблюдали за шмелями, которые прилетали на цветок и целый день там болтались, ничего не собирая. Но зато если в семье возникает какая-то экстренная потребность, эти особи срочно мобилизуются и выполняют заданную работу. Например, увеличилась численность семьи, и появилось много ёмкостей для хранения корма. И недавние бездельники начинают активно носить корм.

А у других насекомых Вы исследовали такие модели поведения?

– Не исследовали – нет методик. Рефлексы у них точно есть. А как исследовать когнитивные способности у несоциальных насекомых, я даже не знаю. Я таких работ не встречал.

А с пчёлами дорожка уже проторена. Если я беру студента, я же не могу дать ему совсем новую тему. Ему нужна курсовая. Начнёшь пробовать – а вдруг не получится? Когда я был студентом, мне дали работу, которая не получилась так, как её замыслили. Меня тут же переключили на другую тему. А идея была – просто пометить всех шмелей, которых встретишь на ограниченном участке, и посмотреть, как они друг с другом взаимодействуют. Пометить-то их можно, но для них это такой стресс, что они улепётывают как можно быстрее и уже не возвращаются. А я сидел на складном стульчике и ждал их часами. Моим руководителям говорили: «Какой у вас студент бездельник! Он приходит на работу и с утра загорает!»

Так что надо менять и объекты, и методики. Но пока работаем с тем, что есть. И так вопросов больше, чем мы можем исследовать. Сейчас в Германии есть сильная школа по изучению физиологии и когнитивной деятельности насекомых. В Новосибирске изучают муравьёв. А из нашей университетской школы я один остался – тут и со ставками, и с финансированием проблемы.

В фотографии Вы – профессионал или любитель?

– Профессионал – это не тот, кто лучше всех снимает, а тот, кто умеет на это жить, кто продаёт свои работы. Для меня это всё-таки хобби, но отчасти оно профессиональное. Снимают сегодня все. Есть картинки намного красивее, чем у меня. Но сделать, например, книжку по паукам1, где не просто тысячи кадров, а именно тысячи нужных кадров, – это профессионализм. Я не могу сказать заказчику, что фото такого-то паука у меня не получилось. Может быть, этот кадр на выставку не попадёт. Но я должен снять паука так, чтобы были видны отличительные признаки. Для книги о пауках я готовил фотографии в тандеме с профессиональным арахнологом Риммой Сейфулиной. Я снимал, она определяла. Определить мелкую козявку неспециалисту вообще невозможно.

Год назад мы начали делать огромный Атлас насекомых (в том же издательстве), набрали коллектив из 14-ти авторов. С одной стороны, это сильно усложняет дело, с другой – каждый отряд насекомых готовит специалист. Порой то, что пишут неспециалисты-популяризаторы, не имеет ничего общего с действительностью. Даже когда за дело берётся специалист из смежной области, без конфуза не всегда обходится. Переводные книжки о насекомых вообще ужасны. Например, я видел детскую переводную книжку с картинками, где написано, что пауки – это насекомые. Хотя пауки – не насекомые. Это вообще другой подтип. Из общих признаков у них только членистые ноги, всё остальное другое. Хотя если не присматриваться, конечно, похожи – тоже какая-то мелочь бегает.

Вы делаете фотографии только для иллюстрации научных книг и статей?

– Мне очень важен эстетический аспект научной деятельности – насекомые очень красивые. Сейчас он стал немного перевешивать собственно научную деятельность – я занимаюсь выпуском научно-популярных книг, иллюстрированных учебных пособий. Заказы пока есть.

Всё-таки радует, когда показываешь людям то, чего они у себя под носом не видят.

У меня есть знакомая – прекрасная дама, редактор философского журнала. На даче она как-то спросила: «Что ты там снимаешь, в траве?» Я показал ей паутину с её обитателями. Вот самец к самке подбирается (как бы не сожрала!), вот паучиха вьёт гнездо... После этого прекрасная дама перестала у себя дома паутину снимать. «Как же, – говорит, – ведь они там живут!»

_____________________
1 Р. Сейфулина, В. Карцев. Атлас-определитель пауков средней полосы России. М.: Фитон+, 2011, 608 с.

РЕЙТИНГ

5.00
голосов: 11

Галереи

Научный террариум Зоологического музея МГУ

Научный террариум Зоологического музея МГУ на Большой Никитской, 6 отметил первую годовщину своего существования 4 февраля 2012 года. Посетители террариума могут наблюдать различных гекконов, включая очень редких, агам, игуан, сцинков, других рептилий, а также змей. С бородатой агамой, популярной среди содержателей домашних террариумов благодаря покладистому нраву, можно пообщаться и лично. Кроме того, можно застать йеменского хамелеона за уникальным и совсем не свойственным ему в дикой природе занятием – здесь он часами играет с висящими на леске открытками. Террариум открыт для посетителей по субботам и воскресеньям с 11 до 17 часов

37 фото

Обсуждение