Кофеин не только бодрит людей — он также способен обострять ум муравьёв. Бесцеремонные аргентинские муравьи, которым давали сахар с кофеином, учились более эффективно обнаруживать пищу, идя более короткой дорогой и сокращая время в пути на вплоть до 38%. Они не становились быстрее, просто были более сконцентрированными, что указывает на улучшенную обучаемость. Этот неожиданный эффект может повысить эффективность средств для борьбы с вредителями.
Муравьи, потребляющие сладкое угощение, перемешанное с кофеином, стали заметно лучше находить к нему обратную дорогу. Новое исследование, опубликованное в iScience, показывает, что эти муравьи выбирают более прямые пути к угощению, хотя они не начинают двигаться быстрее. Это предполагает, что кофеин улучшает их способность учиться и запоминать местоположение. Это исследование было сконцентрировано на аргентинских муравьях (Linepithema humile), широко распространённом инвазивном виде, и результаты его указывают на то, что есть вероятность разработать новый вид средств по борьбе с вредителями, сделав наживку более привлекательной и эффективной.
«Идея этого проекта заключалась в том, чтобы обнаружить некий когнитивный способ заставить муравьёв потреблять большее количество ядовитой наживки, которую мы размещаем в полях, — говорит первый автор и докторант-исследователь Энрике Галанте, биолог-кибернетик Регенсбургского университета. — Мы обнаружили, что средняя доза кофеина обычно повышает обучаемость — когда вы даёте им чуточку кофеина, это заставляет их идти более прямым путём и быть в состоянии быстрее добраться до награды».
Аргентинские муравьи — одни из наиболее разрушительных и затратных инвазивных видов в мире. Меры по контролю над ними обычно связаны с отравленной приманкой, но эти стратегии часто не срабатывают. Колонии могут игнорировать приманку или бросать её прежде, чем они получат широкое распространение. Исследовательская группа изучила, может ли кофеин, который, как уже было известно, улучшает обучаемость пчёл, помочь муравьям лучше запоминать местоположение наживки и приводить к ней большее количество соплеменников.
«Мы пытаемся заставить их лучше находить эту наживку, поскольку чем быстрее они добираются до неё и возвращаются снова, тем больше они оставляют феромоновых следов, и, таким образом, тем быстрее они распространят яд по колонии прежде, чем сообразят, что это яд», — говорит Галанте.
Лабораторные испытания воздействия кофеина
Чтобы исследовать эту идею учёные разработали контролируемый эксперимент с использованием различного количества кофеина. Муравьи проходили по небольшому разводному мосту из Lego на испытательную поверхность, которая состояла из листа формата А4, расположенного поверх акрила. Там они сталкивались с каплей сахарного раствора, содержавшего 0,25, 250 и 2000 миллионных долей кофеина.
«Самую низкую из использованных нами доз вы можете найти в природных растениях, средняя доза похожа на то, что вы обнаружите в некоторых энергетических напитках, а самое большое количество составляет LD50 пчёл — ту, при которой половина пчёл, получивших её, умирают — поэтому велика вероятность того, что она для них обладает высокой токсичностью», – говорит Галанте.
Учёные отследили движения каждого из муравьёв с помощью автоматизированной системы, измерив как время следования, так и насколько прямыми были их пути. В общей сложности в исследовании участвовало 142 муравья и каждый из них прошёл через четыре испытания. Между испытаниями муравьи могли сгрузить собранную ими пищу, и испытательную поверхность заменяли, чтобы препятствовать использованию ими собственных феромоновых следов.
Более прямые тропинки, более быстрая обучаемость
Муравьи, получавшие только сахар, со временем демонстрировали мало улучшений, что указывает на то, что они не могли эффективно запоминать месторасположение угощения. В противоположность, муравьи, которым давали низкие или средние количества кофеина, быстро наращивали свою производительность.
У муравьёв, которым давали до 25 миллионных долей кофеина, время фуражирования снижалось на 28 процентов во время каждого визита. При дозе в 250 миллионных долей улучшение составило 38 процентов. Например, муравей, у которого изначально уходило 300 секунд на то, чтобы достичь угощения, мог сократить это время до 113 секунд при более низкой дозе и до всего 54 секунд при средней дозе ко времени последнего испытания. Самый высокий уровень кофеина не давал тех же преимуществ.
Концентрация важнее скорости
Улучшение не было вызвано увеличением скорости. Вместо этого муравьи под воздействием кофеина выбирали более прямые маршруты, что предполагает более высокую концентрацию и улучшенную пространственную память. Их пространство оставалось неизменным при любых дозах, но их тропинки становились менее извилистыми при низкой и средней дозе кофеина.
Мы видим, что они не двигаются быстрее, они всего лишь более сконцентрированы на том, куда они направляются, — говорит Галанте. — Это предполагает, что они знают, куда они хотят пойти, таким образом, они запомнили местоположение угощения».
Кофеин не влиял на то, как быстро муравьи возвращались в свой муравейник (как быстро они проходили обратный путь до муравейника), хотя все муравьи продемонстрировали небольшое улучшение результатов с течением времени вне зависимости от кофеина.
Потенциальное новое средство для борьбы с вредителями
Эти результаты предполагают, что кофеин может играть роль в улучшении стратегий по борьбе с вредителями в отношении аргентинских муравьёв. Помогая муравьям запоминать местоположение приманки с более высокой скоростью и задействовать большее количество соплеменников, кофеин может повысить эффективность распространения яда по колонии до того, как муравьи это обнаружат.
Исследователи предупреждают, что требуется провести дополнительную работу, прежде чем этот подход будет использован в условиях объективной реальности. В проводимых сейчас исследованиях испытывается приманка с добавлением кофеина в природной среде в Испании, а также изучается, каким образом кофеин взаимодействует с самим ядом.
Это исследование было проведено при поддержке Европейского Совета по Исследованиям, Deutsche Forschungsgemeinschaft и Регенсбургского университета.
Перевод — Андрей Прокипчук, «XX2 ВЕК». Источники.
Материал предоставлен Cell Press.
Вам также может быть интересно: