Это означает, что для поиска источника пищи им требуется разноплановый инструментарий органов чувств, который даст возможность реагировать на сочетание тактильных, визуальных и обонятельных знаков, зависящих от вида пищи и контекста. Эволюция поработала над сенсорными механизмами ос, сделав их гибкими, чтобы реагировать на конкретную задачу и тип доступных ресурсов. В ходе поиска углеводов (сахаров) сборщицы корма, как правило, опираются на визуальные подсказки ближнего радиуса действия. Это имеет смысл, поскольку цветы или опавшие с дерева фрукты (или места для пикника), как правило, распределены в пространстве неравномерно, поэтому запоминать их точное местоположение не так важно. В процессе заготовки пищи на статичных источниках белка вроде падали сборщицы больше полагаются на визуальные ориентиры, чтобы отыскивать свою добычу повторно. Это логично, поскольку падаль редко меняет место расположения (по крайней мере, не самостоятельно).
Но наличие подходящего сенсорного инструментария – это лишь часть способности успешно использовать ресурсы. Сборщицы корма должны уметь обрабатывать информацию, получаемую органами чувств, и действовать в соответствии с ней, а также иметь возможность изменять и адаптировать ее таким образом, чтобы адекватно реагировать на постоянно меняющееся окружение. Для этого требуются когнитивные процессы вроде обучения – способности обновлять информацию и проявлять ответные реакции на основе опыта.
Я останавливаюсь, чтобы подать Арису еще кусочек чизкейка. Он ему потребуется. Я собираюсь начать с рассказа о познавательных способностях пчел, поскольку прогресс, которого наука достигла с аристотелевских времен, еще удивительнее, чем математические танцы.
Медоносных пчел можно обучить решать сложные визуальные задачи – например, научить ассоциировать определенные визуальные указания (скажем, зеленый цвет или круглую форму) с чем-то приятным (например, с сахаром), а другие сигналы – с чем-то неприятным (ученые чаще всего используют хинин, который насекомые считают таким же неприятным, как и мы – если без джина[229]). Еще пчелы способны распознавать сложные визуальные подсказки вроде человеческого лица или даже стилей живописи[230]: например, шмели предпочитают подсолнухи Ван Гога вазе с цветами Гогена, исполненной в пастельных тонах.
Ничего удивительного: эволюция пчел была направлена на улучшение способности распознавать сложные визуальные сигналы цветков (и обновлять информацию о них), чтобы избегать цветков-обманщиков, которые не вознаграждают пчелу за услуги по опылению. Пчелы оперируют формой цветка, его структурой, окраской и даже различают переливы цвета. Эти способности легко принять как должное – в конце концов, наши домашние собаки и кошки узнают хозяев, а ворон и даже рыб научили различать лица. Но в мозге этих животных существуют специальные нейронные схемы для распознавания лиц, появившиеся в ходе эволюции специфических структур мозга. Мозг насекомого значительно проще (всего лишь 1 миллион нейронов по сравнению примерно с 86 миллиардами в человеческом мозге) и меньше (около 1 кубического миллиметра по сравнению с 1,1–1,2 кубического дециметра у людей), однако у них также имеются специфические области, которые задействуются для определенных когнитивных процессов.
В последние годы медоносная пчела стала важной моделью для изучения когнитивной обработки визуальной информации у насекомых, и большая заслуга в этом принадлежит Мартину Жюрфа, аргентинскому специалисту по биологии медоносной пчелы, который расширил границы исследований когнитивных способностей у насекомых. Он совершил судьбоносный прорыв в 2001 году, показав, что пчелы способны усваивать относительные понятия, опираясь на абстрактные взаимосвязи между знаками, например применяя в одной реальной ситуации информацию, полученную в другой.
Он обнаружил, что пчелы способны различать понятия «такой же, как…» и «не такой, как…» для несвязанных и контрастирующих объектов. Что это значит? Вы пользуетесь таким механизмом каждый день, даже не задумываясь об этом: AA = BB, а CD = EF. Мартин проверил, способны ли пчелы построить такую связь, воспользовавшись Y-образным лабиринтом с выбором цвета (желтый и голубой) и полосами – горизонтальными или вертикальными. Y-образные лабиринты проверяют, влияет ли то, что вы видите у входа в лабиринт (нижнее ответвление Y), на то, какую из ветвей (верхних ответвлений Y) вы выберете.
Ему удалось показать, что пчел можно обучить выбирать соответствие: если на входе в Y-образный лабиринт пчеле встретился желтый цвет, а затем ей нужно сделать выбор между желтой и голубой «ветвями», то она выбирает желтое ответвление (то есть следует правилу «одинаковости»), если она уже усвоила, что соответствие по цвету вознаграждается положительно (например, сахаром). С таким же успехом пчелу можно обучить искать соответствие для голубого цвета – к цвету как таковому это не имеет никакого отношения. Аналогичным образом пчелу можно научить выбирать определенную ориентацию полосок (например, вертикальные или горизонтальные), руководствуясь тем же правилом «одинаковости»: я видела вертикальные полоски на входе и усвоила, что увиденное мной там указывает, где находится награда, поэтому при выборе между коридором с вертикальными полосками и коридором с горизонтальными я выберу коридор с вертикальными полосками. Используя аналогичный подход, пчел можно было обучить следовать правилу «различия»: если у входа они видели желтый цвет, то выбирали не желтую ветку, а какую-то иную (в данном случае голубую).
Это уже довольно показательно, однако это была всего лишь фаза обучения. В следующем эксперименте тип сигнала был изменен. Если понятию «одинаковое» пчелу обучали при помощи цветовых сигналов, то на этот раз ей был представлен лабиринт, где отличия заключались в ориентации линий. Пчелы сделали правильный выбор: то есть если они усвоили, что одинаковое означает вознаграждение, через цвета (желтый + желтый = награда или, соответственно, голубой + голубой = награда), то они выбирали одинаковую ориентацию полосок (то есть горизонтальная + горизонтальная или, соответственно, вертикальная + вертикальная), хотя их до этого не учили ориентироваться по полоскам.
Аналогичным образом, если они усвоили, что вознаграждение приносит различие в цвете, они выбирали комбинацию различных ориентаций линий (горизонтальная + вертикальная или, соответственно, вертикальная + горизонтальная). Но еще поразительнее оказалось то, что визуальные сигналы можно было заменить запахами – и пчелы продолжали применять на практике усвоенное правило «одинаковости» или «различия». Просто удивительно: эти эксперименты показывают, что после усвоения результата знакомства с подобным и разным пчелы могут перенести свое понимание этих абстрактных отношений на совершенно иные визуальные и обонятельные знаки[231].
С тех пор Мартин и его команда продемонстрировали, как пчелы усваивают и другие абстрактные отношения: «больше» и «меньше», «над» и «под». Он показал, что пчелы умеют считать, а также имеют представление о том, что означает ноль. Их можно обучить проявлять суммарную реакцию – то есть если их научили тому, что голубой – это хорошо и что желтый – хорошо, то при демонстрации и голубого, и желтого они реагируют с удвоенным энтузиазмом. Эта форма обучения, когда воздействие оказывают на неявные связи между двумя или более стимулами, а не на индивидуальный опыт в отношении любого из этих стимулов по отдельности, известна как конфигуративное обучение. Поистине удивительно было обнаружить это явление у насекомого, поскольку считалось, что для такого реляционного обучения требуется нейронная сложность мозга позвоночного.
Арис перестал есть и наблюдает за движением моих губ, пока я говорю.
«Как это возможно?»
Его голос едва слышен.
Хорошо, что вы спросили, Арис. Ведь мы знаем, как пчелам это удается. Нам давно известно, что отдел мозга насекомых под названием грибовидное тело (названное так из-за того, что по форме напоминает гриб) представляет собой ту самую область, которая задействована в выполнении когнитивных функций более высокого порядка – таких как хранение и воспроизведение воспоминаний. Мартин Жюрфа и его коллеги определили, какие нейроны – эти нервные клетки сообщаются при помощи электрических сигналов и присутствуют в организме почти у всех животных – в грибовидном теле отвечают за реакции обучения.
Для этих экспериментов они срезали кутикулу (твердый покров) на голове пчелы, вскрывали ее и вводили блокатор нейротрансмиттеров для прерывания нервной активности. Потом пчел проверяли при помощи сложных задач на усвоение закономерностей, которые показывали способности пчел к конфигуративному обучению. Такова функциональная нейробиология, она не всегда приятна, но лучшего способа определить, важен ли конкретный нейрон или нет, просто не существует[232]. Используя данный подход, ученые определили, что для того, чтобы пчела могла научиться реагировать на несколько стимулов на основе их комбинации, необходимы нейроны определенной части мозга. Это было первым доказательством того, что у насекомых, подобно млекопитающим, существуют определенные части мозга, необходимые для сложного обучения.
Лаборатория Мартина Жюрфа – одна из немногих в мире, представившая убедительные доказательства, что мозг пчелы не примитивный и не рудиментарный. Пчелы – это не просто машины с ассоциативным обучением, они такие же мыслящие организмы, способные считать и воспринимать, обладающие сложными познавательными способностями, как и мы сами. Несмотря на маленький мозг и ограниченное количество нейронов, они обладают концептуальным мышлением. Как и человек, они способны связывать воедино данные из прошлого опыта для взаимодействия с миром в будущем. Эти наработки заставили ученых задуматься над тем, какое минимальное количество нейронов окажется достаточным для когнитивных функций «более высокого порядка».