Пресс-центр
Грызун как личность
Газета «Поиск» (г. Москва), 05.08.2023
Дата публикации: 04.09.2023
Есть ли место интеллекту в охотничьем поведении животных?
Лет двадцать назад «Поиск» писал о результатах работы, которую коллеги из газеты The Independent on Sunday назвали самым ярким открытием второй половины XX века. Речь идет об открытии языка муравьев, более близкого языку человека, чем описанный в 1923 году немецким этологом (этология — наука о поведении животных в естественных условиях) Карлом фон Фришем символический «язык танцев» пчел. Именно тогда, два десятилетия назад, состоялось и наше первое знакомство с доктором биологических наук Жанной Резниковой из Института систематики и экологии животных Сибирского отделения РАН. Удивительно красивый эксперимент, поставленный Жанной Ильиничной и ее коллегами, позволил увидеть, как муравей-разведчик передает группе фуражиров информацию о местонахождении кормушки с сиропом в лабиринте.
Все эти годы ученые продолжали изучать соотношение врожденного, то есть запрограммированного, поведения насекомых, грызунов и птиц с тем, что обусловлено социальным и индивидуальным опытом. Вывести исследования на новый уровень позволил проект «Индивидуальная изменчивость поведенческих стереотипов и когнитивных характеристик как основа адаптивных стратегий: экспериментальные исследования на примере муравьев, грызунов, чайковых и воробьиных птиц». Его в 2020 году поддержал Российский фонд фундаментальных исследований (сегодня — Российский центр научной информации). Рассказывает профессор Жанна РЕЗНИКОВА.
О роли стереотипов
Жизнь каждого организма — это непрерывная цепь принимаемых решений: съесть или выплюнуть, драться или бежать, взять в партнеры или уклониться. Наш проект посвящен актуальной проблеме эволюционной и поведенческой экологии: как самые разные существа решают жизненно важные задачи в изменчивой среде, оперируя врожденными стереотипами поведения и гибкими реакциями, которые могут совершенствоваться на основе обучения. Врожденные стереотипы поведения рассматриваются как видовые характеристики: последовательности, состоящие из устойчивых сочетаний элементов поведения. Изучение индивидуальных различий в поведении животных началось, в той или иной степени, со времен Дарвина. Мы же впервые рассмотрели проявление изменчивости стереотипов как одно из значимых свойств индивидуальностей (персоналий) у животных. Изучение персоналий — дискуссионная и бурно развивающаяся сегодня область этологии. В отличие от более широкого понятия личности в психологии, в этологии изучается поведенческий фенотип: сохранение у индивидуумов в меняющихся обстоятельствах устойчивого сочетания разных поведенческих свойств (таких как смелость, подвижность, агрессивность, исследовательская активность) и когнитивных способностей. Проявление персоналий связано с такими ключевыми проявлениями приспособленности, как выживаемость и принесение потомства. В проекте были впервые поставлены два вопроса: возможна ли индивидуальная изменчивость целостных поведенческих стереотипов и какую роль в решении жизненно важных задач играет изменчивость когнитивных характеристик в популяциях и сообществах?
Модельными объектами для изучения в поле и в лаборатории выбрали такие различные по своим свойствам и местам обитания организмы, как одиночные и общественные грызуны, виды муравьев с разными уровнями социальной организации, колониальные чайковые птицы. Для решения поставленных задач требовалась целая палитра методов и умений, поэтому собралась команда из девяти молодых исследователей и руководителя, умудренного многолетним опытом, в частности опытом сотрудничества с РФФИ с самого первого дня его основания в 1992 году.
Мы решили, что для понимания универсальных механизмов адаптивных стратегий необходимо разработать и реализовать экспериментальный подход к исследованию изменчивости целостных поведенческих стереотипов и когнитивных характеристик на индивидуальном, популяционном и видовом уровнях. Сама постановка задачи — изучение изменчивости поведенческих стереотипов — кажется парадоксальной, так как на то и стереотип, чтобы быть неизменным. Действительно, в классической этологии поведенческие стереотипы рассматривались как диагностические таксономические признаки наравне с морфологическими. Но в нашем проекте впервые на основе экспериментального подхода и количественного анализа исследовались не только облигатные (обязательно присущие виду), относительно стабильные, поведенческие стереотипы, но и факультативные, проявляющиеся в популяциях и сообществах с разной вероятностью. Этот аспект эволюционной экологии популяций до сих пор почти не был затронут экспериментальными исследованиями.
Оказалось, что различия в определенных проявлениях видовых стереотипов позволяют нам судить о дивергенции видов, степени специализации, а в некоторых случаях — и о путях эволюции определенных форм поведения. Так, мы использовали влияние локальных изменений климатических условий как инструмент для изучения вектора отбора, направленного на поддержание разнообразия индивидуальных программ конкуренции за территорию у чайковых птиц. А в качестве модельных форм стереотипного поведения выбрали для исследования облигатное родительское и территориальное поведение чайковых птиц и факультативное охотничье поведение грызунов.
Волки в мышиной шкуре
С гордостью отмечу, что в нашем проекте впервые открыт феномен широко распространенного факультативного охотничьего поведения у разных видов грызунов. Ранее было известно только о весьма экзотических видах хищных хомячков (так называемые «скорпионовые хомячки — оборотни»). Протестировав около 20 разных видов грызунов, мы выяснили, что среди, казалось бы, мирных полевок и лесных мышек, питающихся зеленью и семенами, таятся настоящие «волки в мышиной шкуре». Не хуже специализированных зверей они способны преследовать и убивать насекомых: зерноядные полевые мыши, хомячки и даже зеленоядные полевки демонстрируют целенаправленное взаимодействие с подвижной добычей по типу «хищник — жертва». Они обнаруживают, преследуют, умерщвляют и поедают добычу. Стереотипное охотничье поведение этих видов по характеру действий и по эффективности сходно с поведением специализированного насекомоядного вида (обыкновенной бурозубки). Например, хомячок Кэмпбелла обездвиживает добычу, поворачивая ее в лапах и откусывая конечности. Разница в том, что насекомоядному виду охотничий стереотип присущ обязательно, а у других видов грызунов «охотников» в популяциях насчитывается от 80 до 30%. Причем сам стереотип как последовательность действий оказался врожденным у всех видов, то есть проявлялся у зверьков при первой же встрече с добычей. Можно полагать, что наличие носителей охотничьего стереотипа в популяциях нехищных видов грызунов является эволюционно-стабильной стратегией, позволяющей популяциям расширять пищевой спектр за счет подвижных насекомых.
На примере охотничьего поведения разных видов грызунов и муравьев удалось показать, что внутривидовая изменчивость факультативных поведенческих стереотипов выражается как в количественном соотношении носителей стереотипа в популяциях, так и в вероятностном проявлении стереотипов у отдельных особей, а также в «выпадении» отдельных фрагментов из индивидуальных поведенческих последовательностей. Есть основания полагать, что успешность завершения неполных стереотипов может определяться индивидуальным и социальным обучением в популяциях и сообществах. При этом когнитивные механизмы принятия решений становятся конечным звеном адаптивной «настройки» популяций в меняющейся среде. Статья, опубликованная нашим коллективом в издании Animal Cognition (отмечу, что это журнал первого квартиля — Q1), так и называется «Стабильные и изменчивые фрагменты охотничьего поведения грызунов: есть ли место интеллекту?». Хочу подчеркнуть, что благодаря проекту РФФИ нам удалось заявить новое направление когнитивных исследований: детальный математический анализ факультативных стереотипов поведения и выявление в них стабильных и изменчивых фрагментов, возможно, регулируемых разными генами. Мы трактуем феномен рекомбинации фрагментов поведенческих последовательностей на этологическом уровне и полагаем, что фрагментированными могут быть различные стереотипы, не только охотничьи. Охотничьи паттерны оказались ценными как модели для исследования эволюционных и когнитивных аспектов разных типов поведения. Обсуждается гипотеза о рекомбинации и/или потере отдельных фрагментов стереотипов как основе эволюции охотничьего поведения грызунов. Мы предложили гипотезу, согласно которой животные, имея в своем репертуаре отдельные фрагменты сложного стереотипа, могут достроить их до целостных на основе феномена, названного нами распределенным социальным обучением.
Индивидуальность в муравейнике
Вершиной исследования индивидуальной изменчивости в проекте стало изучение роли «личности» в муравейнике в контексте решения важной жизненной задачи — поиска и транспортировки пищи. Множество научных работ посвящено свойствам общественных насекомых, проявляющимся на уровне целого муравейника или улья. Однако «личностные» качества особей до сих пор почти не изучались. В обобщающей статье руководителя проекта, опубликованной в журнале Frontiers in Ecology and Evolution (тоже, кстати, Q1), предложена новая классификация типов фуражировки (транспортировки пищи) с точки зрения роли индивидуальных особенностей муравьев. У большинства видов разведчик, обнаружив источник пищи, оставляет на пути к гнезду пахучий след и направляет по нему фуражиров. Каждый может участвовать в фуражировке и как разведчик, и как мобилизуемый фуражир. Значительно меньшее число видов отличается системой мобилизации, опирающейся на взаимодействие лидеров и небольших «временных коллективов». Свойствами лидеров обладают лишь особи, имеющие склонность к такой деятельности, но зачастую их роль в семье непостоянна. Система, основанная на действиях «интеллектуальной элиты» — лидеров-разведчиков, проявляется лишь у высоко социальных видов, в частности у рыжих лесных муравьев. Разведчики взаимодействуют с постоянными по составу рабочими группами фуражиров и передают им точную информацию о координатах цели. Впрочем, подобные «интеллектуальные подвиги» свойственны отнюдь не каждому из 15 тысяч известных сейчас видов муравьев — таких лишь 2-3%, остальным сложные коммуникации не под силу. Соответственно, у них невелики и кормовые участки, и численность семей, тогда как «интеллектуальные» виды могут занять весь лес. Недаром рыжие лесные муравьи являются одной из самых многочисленных групп наземных насекомых.
Методом кодировки
В сравнительном анализе поведения животных много нерешенных проблем: в частности, до сегодняшнего дня не был найден адекватный математический метод для оценки сходства и различия поведенческих паттернов. Наш коллектив впервые предложил новый метод оценки межвидовых различий охотничьего поведения мелких млекопитающих, основанный на сжатии данных и классификации биологических «текстов» путем сравнения их гомогенности. Теоретические основы этого метода были совсем недавно заложены специалистом по теории информации профессором Б.Я.Рябко, и тоже при содействии РФФИ. Отличительные особенности метода состоят в возможности парных сравнений структурных характеристик «текстов» в методологических рамках математической статистики. Для валидизации метода на примере охотничьего поведения мы кодировали элементы паттернов разными буквами, всего около 20. Например, поведенческая последовательность SEWEHWWR — это: «идет — хватает насекомое лапами — кусает — перехватывает лапами — откусывает насекомому ноги — кусает — кусает — вертит в лапах». Проверялась гипотеза, порождены ли «тексты» охотничьего поведения разных видов одним или различными источниками. В итоге удалось построить новую систему классификации типов охотничьего поведения. Предложенный командой проекта метод сжатия данных и оценки гомогенности текстов может в дальнейшем служить эффективным способом для сравнительного и эволюционного анализа разных форм поведения животных, об этом мы в соавторстве с Б.Я.Рябко написали статью, опубликованную в журнале Mathematics (Q1).
Междисциплинарный подход позволил нам разработать концепцию поведенческих адаптаций в популяциях и сообществах, опубликованную в журнале Animals (Q1). А оригинальные экспериментальные подходы помогли эффективно проанализировать поведенческие последовательности, выделить и сравнить стратегии разнообразных форм поведения у представителей широкого круга таксонов. Надеемся, наши исследования позволят ученым понять, как сочетаются видовые стереотипы поведения и индивидуальные когнитивные механизмы принятия решений в изменчивой среде, есть ли место интеллекту в стратегиях адаптации наших меньших братьев — муравьев, полевок, чаек.
Подготовила Ольга Колесова
Источник: Газета «Поиск»
Фото: Joshua J. Cotton / Unsplash
