Жалити чи не жалити?

Рік написання: 2021

Коли бджоли жалять і як вони організовують свою колективну захисну поведінку проти хижаків? Міждисциплінарна група дослідників з університетів Констанції та Інсбрука надала нове розуміння цих питань. Їх дослідження, опубліковане в журналі BMC Biology, поєднало поведінкові експерименти з інноваційним підходом теоретичного моделювання на основі "Проективного моделювання".

Їх робота показує, що окремі бджоли вирішують вжалити чи ні на основі наявності та концентрації феромону тривоги. Вчені припускають, що у кожної бджоли є намір вжалити, який не є постійним, але показує принаймні два внутрішні порогові значення концентрації феромону: один - почати жалити, а інший - припинити жалити.

Обчислювальне моделювання також виявило, як деякі фактори навколишнього середовища, такі як швидкість нападів хижаків та різноманітність хижаків, ймовірно, вплинули на еволюцію взаємодії медоносних бджіл на основі феромонів у їхній захисній поведінці.

Високі концентрації феромону тривоги виступають як сигнал зупинки вжалень.

Коли на колонію медоносних бджіл нападає хижак або її серйозно турбує людина, яка випадково чи навмисно наблизилася до вулика занадто близько, бджоли колонії здійснюють узгоджену контратаку, щоб захистити колонію та відлякати порушника. Важливим стимулом для того, щоб вони почали переслідувати та жалити зловмисника, є наявність феромону тривоги, який присутній в отруті бджіл.

У разі нападу феромон розсіюється або активно бджолами – охоронцями, або автоматично при укусі - новобранцями. Таким чином він несе інформацію не тільки про присутність нападника, але й про масштаби контратаки колонії.

"Чим більше бджіл вжалили зловмисника, тим більше тривожного феромону вивільняється з кожним укусом, і тим вище його локальна концентрація", - пояснюють д-р Морган Нувіан, біолог з Констанци - провідний автор дослідження та Андреа Лопес-Інсера з Інсбрука.

Щоб зрозуміти, як окремі бджоли з вулика можуть використати цю інформацію для прийняття остаточного рішення щодо вжалень на благо колонії і, можливо, в результаті загинуть, вчені спостерігали індивідуальні жалючі реакції західних медоносних бджіл (Apis mellifera) з трьох колоній. Використовуючи різні концентрації природних та синтетичних тривожних феромонів та фіктивного хижака, вони виявили, що агресивність щодо манекена, вимірювана як ймовірність укусу, спочатку зростає разом з концентрацією феромону тривоги до досягнення піку. Однак у високих концентраціях агресивність знижується до низького рівня. Це перший випадок спостереження зниження агресивності при високих концентраціях феромонів у контрольованих експериментальних умовах.

"Однією з можливих функцій цього", зупиняючого "ефекту високих концентрацій феромону тривоги, може бути уникнення надмірного жалення та непотрібних жертв при нападі на вже переможеного зловмисника", - припускає Нувіан.

"Суперганізм", як еволюційна одиниця.

У соціальних комах, будь то медоносні бджоли або інші соціальні види, такі як армійські мурахи, особи часто координують свої дії на благо та виживання колонії. З цієї причини еволюційні процеси відбору у цих комах діють на груповому, а не на індивідуальному рівні.

"Зазвичай, якщо організм гине, він більше не може передавати свої гени наступному поколінню. Однак у бджолиній сім'ї саме матка відповідає за розмноження. Якщо інша бджола гине, захищаючи вулик, вона рятує матку. У цьому процесі колонія продовжуватиме розмножуватися", - наводить приклад Нувіан.

Оскільки бджолине сімейство функціонує як єдиний «суперорганізм», поведінку окремих індивідуумів можна зрозуміти лише за допомогою колективного результату, якому вони сприяють. Для подальшого аналізу своїх експериментальних результатів та вирішення цієї особливості еволюції колективної поведінки, вчені використовували обчислювальне моделювання на основі так званого проективного моделювання - підходу, спочатку розробленого співавтором професором Гансом Брігелем та його колегами з Інсбрука. У їхній моделі на основі агентів кожен агент або "бджола" має дуже обмежений діапазон сприйняття - концентрацію тривожного феромону та сигналу про те, що хижак наступає, і дії - жалити чи не жалити, що стосується захисної поведінки.

"Наша ідея полягала у створенні реалістичної, але мінімалістичної моделі", - пояснює професор Томас Мюллер, професор філософії Університету Констанца та співавтор дослідження. Він продовжує: "Ми змоделювали колектив цих агентів, які були викликані один за одним для визначення поточного рівня феромону тривоги в будь-який момент часу. Коли окрема бджола жалила у відповідь, концентрація феромону зростає, і реакція наступної бджоли визначалась уже на цьому новому рівні феромонів".

Другий важливий аспект моделі полягає в тому, що вона включає навчальний компонент: ні відповіді окремих бджіл, ні правила взаємодії між ними не визначені заздалегідь. Натомість, вони «еволюціонують» протягом багатьох циклів моделювання або, іншими словами, протягом багатьох поколінь колективу.

"Якщо рішення окремих агентів вигідні колективу під певним тиском навколишнього середовища, вони позитивно посилюються. Це збільшує ймовірність того, що наступне покоління агентів діятиме однаково за однакових умов", - уточнює Мюллер.

У сукупності підхід на основі агентів з посиленням навчання на рівні груп дозволив моделювати спостережувану захисну поведінку медоносних бджіл з точки зору як окремих бджіл, так і колективу.

Випробування моделі.

Використовуючи модель та різні комбінації параметрів, можна було передбачити можливий вплив тиску навколишнього середовища на захисну поведінку бджіл. Наприклад, моделювання показують, що колонії адаптуються до найсильнішого хижака, з яким вони зустрічаються. Це означає, що колонії, які в першу чергу стикаються зі слабкими хижаками, такими як миші або жаби, рідше жалять при високій концентрації феромонів, ніж колонії, які частіше зустрічаються з сильними хижаками, яких важко стримати, такими як ведмеді.

"Для виживання колонії має сенс мати можливість впоратися з найгіршим хижаком, навіть якщо це означає надмірне жалення деяких слабших хижаків",- описує Нувіан.

Вчені також застосували свою модель до випадку агресивної «африканської бджоли», підвиду західної медоносної бджоли. Раніше висловлювалося припущення, що вкрай агресивна поведінка цього підвиду еволюціонувала у відповідь на більш високу кількість хижаків у тропіках та на високоспеціалізованих агресивних хижаків, яких важко відлякувати, наприклад, комахоїдів (різновидність борсуків). Дійсно, моделювання передбачало, що популяції бджіл, які страждають від агресивних хижаків, і хижаки, які приймають велику кількість укусів, перш ніж припинити атаку, розвивають сильніші захисні реакції, ніж ті, які цього не роблять.

Що далі?

"Ми були дуже задоволені побачити, що наша модель підтримує нинішні гіпотези про те, як могла еволюціонувати вища агресивність "африканських бджіл ". Одним з наступних кроків буде збір емпіричних даних від справжніх бджіл в Африці для перевірки результатів", - Нувіан описує перспективи нових досліджень.

Ще одним кроком у майбутнє є моделювання більш різноманітної популяції бджіл. Як уже згадувалося раніше, принаймні два різних типи бджіл беруть участь у захисному нападі справжнього вулика: охоронці та новобранці. "У поточній моделі кожна бджола в колективі дотримувалася одного і того ж процесу прийняття рішень. Навчання моделі з двома різними типами агентів та порівняння її з експериментальними даними буде дуже цікавим", - додає Мюллер.

Загалом підхід до моделювання є надзвичайно універсальним і може бути застосований до інших завдань та видів досліджень, забезпечуючи новий цінний інструмент для вивчення еволюції колективної поведінки.

Джерело: https://www.beeculture.com

Коментарі (0):