Шмели оценили вкус пищи

В последние годы биологи все чаще находят доказательства того, что насекомые обладают гораздо более сложными когнитивными способностями, чем считалось раньше. Например, авторы предыдущих научных работ показали, что шмели умеют различать количества, ориентироваться в пространстве, запоминать маршруты и демонстрировать чувство ритма.

Однако даже такое сложное поведение само по себе еще не свидетельствует о наличии субъективных переживаний или внутреннего эмоционального состояния. То есть оставался открытым вопрос, способны ли те же шмели не просто реагировать на какие-либо стимулы, а оценивать их как более или менее привлекательные.

У позвоночных, особенно у млекопитающих, выражения лица и движения мышц часто используют как один из поведенческих показателей эмоционального состояния. У насекомых картина иная. Из-за структуры тела внешние поведенческие признаки, по которым можно было бы судить об их эмоциях, выявить сложно, поэтому трудно понять, способны ли они к такому состоянию.

Международная команда энтомологов под руководством Фэй Пэна (Fei Peng) из Южного медицинского университета в Гуанчжоу решила подойти к проблеме иначе. Вместо того чтобы искать у шмелей проявления эмоционального состояния через известные поведенческие реакции, ученые попытались сделать это с помощью признаков, которые раньше у насекомых не замечали.

В частности, исследователи сосредоточились на едва заметных движениях ротового аппарата, возникающих после дегустации веществ с разным вкусом, и проверили, могут ли эти реакции быть связаны с оценкой пищи. В качестве испытуемых выбрали рабочих земляных шмелей (Bombus terrestris) из 18 колоний, с которыми провели серию экспериментов. Именно эти особи отвечают за поиск и сбор пищи, поэтому они подходят для изучения того, как насекомые реагируют на разные вкусовые стимулы.

Оплошность ученых позволила выяснить, что шмели живут под водой неделю Во время лабораторного эксперимента канадские биологи проявили неосторожность, благодаря чему узнали, что шмели куда менее уязвимы к экстремальным погодным условиям и более выносливы, чем считалось… naked-science.ru

До недавнего времени было известно, что шмели и некоторые другие насекомые во время приема пищи активно работают глоссой — покрытым микроскопическими волосками языком, которым они собирают нектар. Однако никто не проверял, продолжают ли насекомые высовывать его уже после еды, подобно тому, как это делают млекопитающие. 

Пэн и его коллеги предложили шмелям капли воды — обычную воду, соленую, горькую, сладкую (20 процентов сахарозы) и очень сладкую (60 процентов сахарозы). В условиях, когда насекомые не испытывали жажду, они почти не прикасались к пресной, соленой и горькой воде, зато охотно выпивали сладкие растворы, после которых многократно высовывали глоссу. Причем чем выше была концентрация сахара, тем чаще повторялось это движение. В ответ на соленый или горький вкус насекомые, напротив, трясли головой и тщательно очищали хоботок передними лапками.

Обнаружив, что после сладкой пищи шмели продолжают высовывать глоссу, исследователи решили выяснить, зависит ли эта реакция только от вкуса или также от состояния организма. Шмелей поместили в камеру с повышенной температурой и сухим воздухом, чтобы вызвать у них обезвоживание, а затем предложили обычную и соленую воду.

В отличие от первого эксперимента, теперь, испытывая жажду, они охотно пили обе жидкости и после этого так же продолжали высовывать глоссу, тогда как встряхивание головы и очищение хоботка лапками наблюдались значительно реже. Эксперимент показал, что реакция зависела не только от вкуса воды, но и от физиологического состояния насекомых.

Один из участников эксперимента с характерной реакцией на вкус / © Fei Peng

Затем специалисты попытались понять, высовывание глоссы после еды — поведенческий ответ, связанный с оценкой вкуса, или это лишь часть обычного пищевого поведения — желания получить еще одну порцию корма.

Голодным шмелям, то есть насекомым, у которых сохранялась мотивация к поиску и потреблению пищи, предложили воду, содержащую 20 процентов сахарозы и пять процентов соли. Насекомые охотно пили оба раствора, однако после кормления почти не высовывали глоссу, а чаще ограничивались легким покачиванием головы. 

Похожий результат получили с сытыми шмелями: хотя они продолжали пить сахарный раствор, характерное высовывание языка наблюдалось значительно реже. Такие же проявления отмечали, если перед водой с 20 процентами сахарозы насекомым давали более сладкий раствор, с 60 процентами сахарозы. 

Иными словами, шмели могли хотеть есть и активно пить предложенный раствор, но не показывали характерное высовывание глоссы после еды. Это означало, что такая реакция связана не просто с самим процессом кормления или поиском пищи. По мнению ученых, она отражает аффективную оценку — способность различать стимулы по их положительной или отрицательной оценке в зависимости от ситуации.

Биологи рассказали, как королевы шмелей дышат под водой Каждую весну оплодотворенные матки шмелей выходят из зимовки и основывают новые колонии. Но как они умудряются выжить, если во время «спячки» их подземное убежище часто подтапливают талые или дожд… naked-science.ru

В следующем эксперименте исследователи проверили, как разные нейромедиаторы влияют на пищевое поведение шмелей. У млекопитающих дофамин играет ключевую роль в системе вознаграждения и мотивации, а за чувство удовольствия от пищи отвечают эндоканнабиноиды — сигнальные молекулы нервной системы.

На грудь насекомых наносили дофамин, октопамин — вещество, связанное с регуляцией мотивации у насекомых, и анандамид, относящийся к эндоканнабиноидам. После этого ученые оценивали две разные реакции: насколько легко шмели начинали вытягивать глоссу в ответ на сахарный стимул и как часто они высовывали язык уже после приема пищи.

Все три вещества усиливали рефлекторную реакцию на сахар: обработанные шмели начинали вытягивать язык даже при очень низкой концентрации сахара — 0,1–0,3 процента, тогда как контрольная группа обычно реагировала только на более концентрированные растворы (от одного до трех процентов). Однако после еды картина была другой. Дофамин и октопамин не повлияли на количество последующих высовываний глоссы, тогда как анандамид, напротив, примерно вдвое увеличил частоту этой реакции.

Авторы научной работы предположили, что такое поведение не связано с врожденными рефлексами, а скорее говорит о том, что шмели высовывают язык от удовольствия, полученного от еды, подобно млекопитающим. Проще говоря, движения глоссы — результат не только потребления пищи, но и ее оценки. 

Шмелей поодиночке помещали в прозрачную трубку, где они пробовали разные растворы. После сладкой воды насекомые многократно высовывали язык, причем чем выше была концентрация сахара, тем чаще / © Fei Peng

Несмотря на любопытные результаты экспериментов, к выводам ученых стоит относиться с осторожностью. 

Во-первых, исследователи изучали только поведенческие признаки, а не субъективные переживания. То, что шмели чаще высовывали глоссу после сладкого или после воздействия анандамида, может указывать на оценку стимула, но не доказывает наличие у насекомых субъективных переживаний, аналогичных человеческому удовольствию или ощущению приятного вкуса. 

Во-вторых, непонятно, характерно ли наблюдаемое поведение для других видов шмелей. В экспериментах участвовал лишь один вид — Bombus terrestris. 

В-третьих, хотя авторы исследования привели аргументы в пользу аффективной оценки, высовывание глоссы может быть связано не только с оценкой пищи, но и с желанием получить еще одну порцию или с ее поиском. Команда Пэна показала связь между нейрохимическими изменениями и поведением шмелей, но точно не узнала, какой именно механизм лежит в основе этой реакции. 

Выводы ученых представлены в журнале PNAS.