Муравьи запомнили расположение ямы и не упали в нее снова

Муравьи перестраивают привычный маршрут, чтобы обходить ловушку в виде ямы, которую не видно с поверхности. После первого падения у насекомых формировалась ассоциация со средой непосредственно перед ловушкой; когда они во второй раз оказывались в этом месте, муравьи останавливались, осматривались и иногда пытались найти другой путь. В результате некоторые насекомые находили обход, новый маршрут закреплялся и оставался даже после того, как ловушку закрывали. Статья опубликована в журнале Current Biology.

Насекомые могут запоминать маршруты своих ежедневных перемещений удивительно точно. Например, пчелы могут определять оптимальную последовательность посещения цветков на нескольких километрах, а муравьи очень точно воспроизводят свой путь длиной до 100 метров. В основном насекомые полагаются на зрительные ориентиры; мы знаем, какие структуры мозга участвуют в запоминании маршрутов. Меньше известно о том, как насекомые развивают и перестраивают привычный путь и какие механизмы лежат в основе таких изменений.

Антуан Выстрач (Antoine Wystrach) из Университета Поля Сабатье и его коллеги из Франции, Великобритании и Австралии обучали муравьев видов Melophorus bagoti и Cataglyphis fortis ходить из муравейника к кормушке и обратно. После того, как насекомые осваивали прямой путь, в земле открывали ловушку, перпендикулярный тоннель глубиной в 7-10 сантиметров, в который муравьи падали. Выбраться из ямы можно было только в одном месте по наклонной дощечке.

Через 24 часа 28 процентов муравьев научились обходить ловушку, остальные продолжали падать в нее каждый раз по пути к муравейнику. Свой маршрут насекомые сохраняли, даже если яму закрывали, а также когда их переносили от муравейника к кормушке, нарушая внутренние ориентиры. Значит, насекомые запомнили путь по внешним ориентирам.

Маршруты муравьев от кормушки (снизу) к муравейнику (сверху). i - ловушка скрыта; ii - муравьи впервые попадают в ловушку (черная линия); iii - через 24 часа знакомства с ловушкой, зеленый - маршруты тех муравьев, которые научились обходить яму

Antoine Wystrach et al. / Current Biology, 2020

В следующий раз после первого попадания в ловушку муравьи останавливались перед ямой и начинали оглядываться по сторонам (хотя тоннель не видно с поверхности). Это типичное для этих насекомых сканирующее поведение, они проявляют его, когда сталкиваются с неожиданными препятствиями или изменением привычного маршрута. Авторы работы предположили, что у муравьев формируется негативная ассоциация со средой, которую они видели непосредственно до попадания в ловушку, — эта ассоциация и запускает сканирующее поведение, в результате которого некоторые насекомые находят обходной путь.

Пример маршрутов муравья, который научился обходить ловушку. В первый раз после падения у него формируется неприятная ассоциация с зоной, которая обозначена красным. Во второй раз при попадании в эту зону он останавливается и проявляет сканирующее поведение (места остановок отмечены на траектории кругами). В результате насекомому удается найти обходной путь, и уже на второй раз он перестает останавливаться, так как не попадает в зону неприятной ассоциации

Antoine Wystrach et al. / Current Biology, 2020

Исследователи также предложили нейронный механизм такого обучения. Ассоциативную память у насекомых связывают с грибовидными телами, скоплениями нейронов в мозге. Основные клетки этих ядер — клетки Кеньона, могут формировать позитивные или негативные ассоциации, которые запускают соответствующее поведение. Авторы работы предполагают, что след возбуждения остается в нейронах Кеньона в течение нескольких секунд и, если за это время происходит неприятное событие, синапсы запоминают связь. Когда в следующий раз муравей попадет в это же место, грибовидные тела запускают сканирующее поведение.

Муравьям не всегда удается успешно вернуться домой. В 2013 году в ядерном бункере обнаружили муравейник. Насекомые, по всей видимости, упали туда через вентиляцию и не смогли выбраться. У муравьев не было пищи и матки, но они построили гнездо и питались трупами сородичей. Колония за три года наблюдений даже выросла (за счет новых падающих в трубу муравьев). История закончилась хорошо — ученые соорудили из досок трап, который соединил муравейник с вентиляцией, и насекомые смогли выбраться на поверхность.