Израильские и американские биологи приучили шмелей к новому запаху королевы

Международная группа ученых из Университета штата Пенсильвания и Тель-Авивского университета под руководством Этьи Амсалем провела серию экспериментов с земляными шмелями (Bombus terrestris), чтобы выяснить, может ли обучение изменять реакцию рабочих особей на химические сигналы королевы. Вопреки распространенному представлению о жесткой врожденности феромональных реакций, исследователи показали, что шмели способны запоминать искусственный аромат, ассоциированный с королевой, однако этот запах, в отличие от натуральных феромонов, не подавлял, а в определенных условиях даже стимулировал размножение рабочих. Результаты работы опубликованы в журнале Communications Biology, сообщает пресс-служба университета.

У земляных шмелей рабочие особи сохраняют функциональные яичники и теоретически могут откладывать яйца, но в присутствии королевы их репродуктивная функция блокируется преимущественно за счет феромонов. Степень подавления варьируется в зависимости от множества факторов: возраста рабочих, стадии развития расплода, визуальных контактов и социальной фазы колонии, когда наступает период конкуренции и некоторые рабочие все же приступают к размножению. Однако точный химический состав феромонов королевы до сих пор не расшифрован, и остается открытым вопрос, является ли реакция на ее запах жестко запрограммированной или же она может изменяться под влиянием обучения. Чтобы проверить это, ученые провели длительный эксперимент: в течение 35 дней они ежедневно обрабатывали королев в восьми колониях либо анисовым спиртом, либо метилантранилатом — синтетическими ароматами, которых шмели не встречают в природе.

Когда численность рабочих в каждой колонии достигла 20 особей, исследователи протестировали запоминание запаха с помощью Т-образного лабиринта. Рабочие в три раза чаще выбирали рукав, содержащий знакомый аромат, чем рукав с незнакомым, что убедительно доказало способность насекомых к обучению. После этого ученые изолировали рабочих группами по три особи в небольшие отсеки на семь дней и ежедневно вносили туда ватные тампоны, пропитанные знакомым или незнакомым запахом, либо нейтральные тампоны для контрольной группы. В одной из серий эксперимента в отсеки дополнительно помещали расплод из родной колонии на разных стадиях развития.

В отсутствие расплода запах не оказывал никакого влияния на яйцекладку: все группы откладывали примерно по 12 яиц за неделю. Присутствие молодого расплода (яиц и личинок) в целом подавляло размножение, однако в этой ситуации знакомый запах, напротив, приводил к увеличению числа отложенных яиц по сравнению с незнакомым. На стадии куколок расплод, наоборот, стимулировал размножение, но здесь разницы между запахами не наблюдалось. Ученые предполагают, что сигнал был неполным: в природе максимальное подавление репродукции происходит, когда рабочие одновременно видят королеву, расплод и чувствуют ее феромоны. В эксперименте же отсутствие живой королевы могло быть интерпретировано рабочими как ее гибель или ослабление, что запускает фазу конкуренции и стимулирует собственное яйцекладние. Альтернативное объяснение состоит в том, что знакомый запах воспринимался не как «сигнал королевы», а как запах родного гнезда, маркер безопасности, который в отсутствие доминантной особи поощряет размножение.

Важно, что эффект проявился только в присутствии расплода, что указывает на контекстную зависимость реакции: восприятие одного и того же химического сигнала может меняться в зависимости от обстоятельств, а не быть жестко детерминированным. Это открытие ставит под сомнение традиционное понимание феромонального контроля как простого инстинктивного рефлекса и показывает, что социальное обучение и индивидуальный опыт играют значительную роль в регуляции поведения у общественных насекомых. Стоит отметить, что аналогичные механизмы недавно были обнаружены и у млекопитающих — например, у голых землекопов феромоны королевы не подавляют размножение рабочих, а служат честным сигналом о выгодности оставаться в колонии, а не покидать ее для самостоятельного размножения.