Для исследователей Технологического института Вирджинии Маргарет Кувийон и Роджера Шюрха миф о происхождении Вавилонской башни, предназначенный для объяснения происхождения многих языков мира, имеет большое значение.
Два доцента и их команды расшифровали язык медоносных пчел таким образом, что это позволит другим ученым по всему миру интерпретировать весьма изощренные и сложные сообщения насекомых.
В статье, опубликованной в апрельском выпуске Animal Behavior, исследователи представляют выдающееся фундаментальное достижение - универсальную калибровку, или, для поклонников научной фантастики, «вавилонскую рыбу», которая транслирует общение медоносных пчел между подвидами и пейзажи. Расшифровывая поучительные сообщения, закодированные в движениях насекомых, называемые виляющими танцами, ученые надеются лучше понять предпочитаемые насекомыми корма и местонахождение этих источников пищи.
«Прежде чем мы сможем кормить опылителей, нам нужно знать, когда и где им нужна еда. Мы должны расшифровать виляющие танцы», - сказал Шюрх, ведущий автор статьи. «Итак, это фундаментальный первый шаг».
Исследователи проанализировали танцы 85 меченых пчел из трех ульев.
Передача медоносных пчел, как выясняется, имеет последствия для сельского хозяйства, окружающей среды и экономики. По оценкам Министерства сельского хозяйства США, каждый третий кусок пищи в Соединенных Штатах зависит от медоносных пчел и других опылителей. В денежном выражении насекомые-опылители поддерживают урожайность сельскохозяйственных культур и сельскохозяйственные экосистемы и, как полагают, ежегодно приносят экономике США около 24 миллиардов долларов.
Работа команды Колледжа сельского хозяйства и наук о жизни является частью более крупного гранта Фонда исследований в области продовольствия и сельского хозяйства, некоммерческой организации, созданной при поддержке двухпартийного Конгресса в законопроекте о фермерских хозяйствах 2014 года. Кувийон и Шюрх вместе с доцентом кафедры энтомологии Салли Тейлор и Меган О'Рурк, доцентом Школы растений и наук об окружающей среде, изучают поведение опылителей в различных ландшафтах, чтобы определить, где и когда посадка дополнительных кормов может оказать положительное воздействие. самое положительное влияние на питание и здоровье опылителей.
Почти шесть десятилетий назад Карл фон Фриш, лауреат Нобелевской премии, этолог, обнаружил, что угол наклона тела танцора относительно вертикали кодирует направление корма, а расстояние до источника пищи передается через продолжительность танца пчелы.
Во время виляющего танца успешный собиратель возвращается в улей и сообщает расстояние и направление от улья до источника пищи, выполняя несколько повторяющихся движений, напоминающих восьмерку, называемых виляющими бегами.
Из-за сложности и стоимости создания оригинальной калибровки зависимости продолжительности от расстояния калибровочная модель фон Фриша, основанная на средних значениях, а не на данных об отдельных пчелах, стала золотым стандартом в сообществе исследователей пчел..
Тем не менее, согласно Кувийону и Шюрху, разные пчелы, передающие одно и то же место, могут по-разному вилять, и даже отдельные пчелы, повторяющие бег, могут изменить свой танец. Более того, пчелы вдохновляются танцевать только тогда, когда они обнаруживают особенно привлекательные пищевые ресурсы. Подобные аномалии в сочетании с более глубоким пониманием высокоразвитого познания пчел вдохновили дуэт мужа и жены на разработку собственной системы калибровки расстояния и продолжительности шесть лет назад с пчелами, которые были преимущественно A. mellifera mellifera в Сассексе, США. Королевство.
«Мы собрали эту информацию от многих пчел в двух разных ландшафтах, разделенных океаном и через несколько лет», - сказал Кувийон. «Однако мы еще многого не знаем о том, чем питаются пчелы. Итак, представьте, что вы расшифровываете множество танцев и наносите их на карту, чтобы увидеть, куда летят пчелы. Мы хотели сделать это по сезонам, чтобы обеспечить всесторонний взгляд на то, что они кормятся и где. Таким образом, мы также можем увидеть, когда им труднее найти корм, а когда проще».
Члены команды месяцами анализируют движения каждого танцора, чтобы определить калибровку расстояния и продолжительности.
После прибытия в Технологический институт Вирджинии в 2016 году пара решила определить, можно ли применить их систему к A. mellifera ligustica, другому генетическому подвиду в Соединенных Штатах и в совершенно другом ландшафте. Руководствуясь эмпирическими знаниями и новой гипотезой, они также учитывали шум - то есть различия в танце пчел, которые посещают одно и то же место, но передают эту информацию немного по-разному - для улучшения прогнозов модели.
«Для проведения такого рода исследований требуется много времени, усилий и средств», - сказал Кувийон. «Мы расшифровываем танцы вручную».
Их тщательный процесс калибровки требует, чтобы каждая пчела была пронумерована и записана на видео. Затем члены команды проводят месяцы перед компьютерами, анализируя движения каждого танцора, чтобы определить калибровку расстояния и продолжительности.
«Наши исследования также отличает то, что мы обучили большое количество пчел и следовали за ними на большие расстояния», - сказал Шюрх. «Вы можете научить пчел подходить к кормушке и отодвигать ее все дальше и дальше».
Для исследования в Вирджинии исследователи проанализировали танцы 85 отмеченных пчел из трех ульев. Затем они сравнили свою систему с ранее опубликованной калибровкой.
Их следующим шагом было сравнение, а затем сопоставление их данных со всеми опубликованными калибровочными исследованиями. При этом команда обнаружила, что индивидуальный шум или различия между пчелами были настолько высоки, что разница между местоположением и подвидом была признана биологически нерелевантной.
«Хотя между популяциями существуют различия в том, как они общаются, с точки зрения пчел это не имеет значения», - сказал Шюрх. «Мы не можем отличить их друг от друга с точки зрения того, как они переводят эту информацию. Существует огромное совпадение. По сути, пчела из Англии поймет пчелу из Вирджинии и точно так же найдет источник пищи с таким же успехом».
Объединив все свои калибровочные данные, Кувийон и Шюрх сделали свою работу универсальной для других исследователей, предоставив ученым всего мира кодекс для расшифровки того, где пчелы собирают пищу. Такое знание не только дает информацию о передовых методах посадки, благоприятной для пчел, но и будет иметь решающее значение для поддержания их популяции.
«Мы думаем, что это исследование может позволить использовать пчел в качестве биоиндикаторов», - сказал Кувийон. «Пчелы могут сообщить нам с высоким пространственным и временным разрешением, где доступен корм и в какое время года. Так что, если вы хотите построить торговый центр, например, мы будем знать, будет ли разрушена среда обитания основных опылителей. корм для пчел, а также корм для других видов. За этим могут последовать усилия по сохранению."
В течение следующих нескольких лет исследователи надеются и дальше демонтировать Вавилонскую башню, автоматизировав процесс декодирования, чтобы лучше и быстрее оценивать, куда летят пчелы в режиме реального времени.
"Мы на полтора года отстали от анализа пчел. Представьте, если бы вы получили его мгновенно", - сказал Кувийон.