Радарное отслеживание показывает, как пчелы вырабатывают маршрут между цветками

По мере накопления опыта сбора пищи пчелы постоянно совершенствуют как порядок посещения цветков, так и траектории полета между ними, вырабатывая все более эффективные маршруты. Это установили исследователи из Лондонского университета королевы Марии.

Несмотря на это, пчел можно «обмануть», заставив их выбирать заманчивые короткие пути между отдельными цветками, даже ценой увеличения общего расстояния полета.

Животные, которые перемещаются между несколькими пунктами назначения и возвращаются на базу (как пчелы, птицы, приматы и люди), сталкиваются с дилеммой, известной математикам как задача коммивояжера (Travelling Salesman Problem). Задача состоит в том, чтобы найти маршрут, посещающий все пункты, пройдя при этом минимально возможное расстояние.

Ведущий автор Джозеф Вудгейт из Школы биологических и химических наук университета пояснил: «Животные не могут просто изучить карту, чтобы узнать, где находятся лучшие источники пищи, или спланировать маршрут между ними».

Шмели начинают, ничего не зная о местности или местонахождении пищи, поэтому они должны исследовать ландшафт, обнаруживая места одно за другим, а затем решать задачу объединения пространственных воспоминаний в эффективный маршрут.

Исследователи позволили шмелям-фуражирам кормиться из массива искусственных цветков и использовали гармоническую радиолокационную технологию, чтобы непрерывно отслеживать каждую особь на протяжении всех ее кормовых вылетов, пока те постепенно находили решение задачи посещения всех цветков.

В результате был получен один из самых больших и полных наборов данных о полетах пчел, когда-либо записанных, и впервые детально изучено развитие маршрута. Ученые обнаружили, что фокусировка только на последовательности посещений кормушек, без учета реальных перемещений между ними или процесса развития маршрутов, недостаточна для понимания того, как животные решают задачи оптимизации пути.

Профессор Ларс Читтка, координатор исследования, привел аналогию: представьте коммивояжера из Лондона, которому нужно посетить Манчестер, Лидс, Глазго, Эдинбург и Инвернесс, прежде чем вернуться домой. Из Манчестера заманчиво сделать короткую поездку в Лидс, а из Глазго — в Эдинбург, но такой продавец скоро окажется в Инвернессе с очень долгой дорогой домой. Лучшее решение — проехать вверх по одной стороне Великобритании и вернуться по другой.

Исследователи поставили перед пчелами эквивалентную задачу. Джозеф Вудгейт отметил: «Как и предполагалось, наши пчелы явно предпочитали сокращать путь между ближайшими парами кормушек, даже если в итоге это означало лететь дальше. Однако они не летали исключительно к самым близким кормушкам и гибко пробовали разные маршруты».

Треки, записанные гармоническим радаром, позволили визуализировать маршруты пчел. Исследователи разработали анимированные тепловые карты, которые наглядно показали, как одни участки пути становились привычными, а другие варианты забывались по мере обнаружения предпочтительных траекторий полета.

Дистанция и продолжительность полета сокращались по мере накопления пчелами опыта. Эта возросшая эффективность в основном объяснялась тем, что опытные пчелы летали прямее и меньше исследовали, а не улучшением порядка посещения цветков.

Тем не менее, пчелы никогда не становились полностью зацикленными на своих маршрутах. Исследователи обнаружили свидетельства того, что они используют случайные процессы для внесения некоторого разнообразия в свои маршруты, что может помогать им пробовать разные последовательности посещений в поисках улучшений.

Результаты также показывают, что эффективные маршруты развиваются за счет параллельного улучшения как порядка посещения кормушек, так и реальных траекторий полета между ними. Опытные пчелы не только посещали кормушки в одном и том же порядке, но и раз за разом летали по одним и тем же линиям полета. Эти привычные траектории были прямее, чем маршруты, которые они использовали при первоначальном обнаружении кормушек, что позволяло сократить расстояние, даже когда они не могли посетить их в оптимальном порядке.

Соавтор Джеймс Мейкинсон подчеркнул: «Понимание того, как животные с небольшим мозгом, такие как пчелы, находят эффективные эвристические правила для выполнения сложного и гибкого поведения, имеет большой потенциал для развития искусственного интеллекта и продвинутой робототехники. Также крайне важно понимать, как пчелы и другие насекомые-опылители ищут пищу и используют ландшафт, чтобы управлять рисками для опылительных услуг, создаваемыми потерей среды обитания и интенсификацией сельского хозяйства».

Исследование, проведенное в сотрудничестве с Rothamsted Research, опубликовано в журнале Scientific Reports.