Исследователи из Австралии и Китая научили шмелей отличать один абстрактный ритм от другого. Насекомые узнавали ритмический паттерн, даже когда его скорость менялась, а обученные на вибрации шмели узнавали знакомый ритм в мигании лампочки. Ранее такое гибкое чувство ритма у насекомых замечено не было. Исследование опубликовано в журнале Science.
Способность чувствовать ритм есть не у всех животных, а те, кто ею владеют, чувствуют его по-разному. Люди и некоторые певчие птицы воспринимают ритм гибко: они узнают ритмические паттерны, даже когда их темп меняется. Другие млекопитающие, например, крысы и голуби, чувствуют не так тонко: они запоминают не ритмический рисунок, а абсолютные длительности интервалов, поэтому могут не узнать знакомый ритм на другой скорости. Согласно одной из гипотез, гибкое чувство ритма характерно лишь для видов с вокальным обучением, поскольку это необходимо для освоения речи (в случае людей) или песни (в случае птиц). Однако способность воспринимать ритм изучалась на ограниченном числе видов, и наверняка не известно, насколько на самом деле распространен этот навык и какие когнитивные и нейронные основы для этого нужны.
Ученые во главе с Цзэн Цзыцзе (Zijie Zheng) из Китайской академии наук решили проверить, способны ли к гибкому восприятию ритма земляные шмели (Bombus terrestris). Ранее было показано, что эти насекомые могут различать световые сигналы разной длительности, хоть и не без ошибок. Исследователи провели четыре эксперимента, в каждом из которых участвовало по двадцать самок шмелей. В первом шмелей учили различать два регулярных паттерна мигания света — с короткими и с длинными вспышками. Один подкрепляли сахаром, а за выбор другого давали горький хинин. Во втором эксперименте ритмы стали нерегулярными: теперь вместо одинаковых по длительности вспышек каждый вариант содержал и короткие, и длинные; различалась только последовательность этих вспышек, общая длительность была одинаковой. В третьем эксперименте шмелей обучали различать два ритма в двух темпах, а во время теста давали те же ритмы, но темп был уже другим. В четвертом насекомые учились различать ритмичные вибрации, а затем им показывали мигающие в том же ритме лампочки.
Шмели различали даже нерегулярные ритмы и в тестах достоверно чаще выбирали подкрепляемый ранее ритм (p < 0,001). Это говорит о том, что они не просто запоминают длительность вспышек, а оценивают общий ритмический рисунок. Чем дольше особи во время тренировок смотрели на мигание вознаграждаемой лампочки, тем лучше запоминали ритм. После наблюдения длительностью 1,2 секунды (примерно один цикл паттерна), доля правильных выборов в тестах достигала 85 процентов, а при более длительном наблюдении приближалась к 100 процентам. Шмели, которые выучили ритм в двух темпах, успешно обобщили его на третий (p = 0,002). А те, кого учили различать вибрации, смогли перенести это на другую модальность и достоверно чаще выбирали лампочку, мигающую в том же ритме (p = 0,006).
Таким образом, шмели продемонстрировали гибкое, абстрактное чувство ритма, сумев различить произвольные ритмы, обобщить их по темпу и перенести свое знание с одного органа чувств на другой. Это значит, что восприятие ритма присуще не только видам с вокальным обучением: оно может возникать даже на основе простых нейронных схем, имеющихся у общественных насекомых, и, вероятно, возникло у разных видов независимо. Тем не менее, пока не ясно, запоминают ли шмели весь ритмический паттерн целиком или разбивают его на короткие отрывки, и какие именно структуры в их мозге отвечают за восприятие ритма.
Ранее ученые нашли у шмелей еще один навык, который ранее приписывался лишь людям и еще нескольким приматам. Они обнаружили, что в условиях недостатка информации насекомые способны принимать решения, опираясь на логику.