Ученые из Института химической экологии им. Макса Планка использовали поведенческие эксперименты, чтобы показать, что пустынные муравьи способны быстро запоминать множество различных запахов пищи и запоминать их на всю оставшуюся жизнь. Однако их память на запахи гнезда, по-видимому, отличается от их памяти запахов пищи: в то время как запахи пищи усваиваются и сохраняются после одного контакта, муравьям требуется несколько попыток, чтобы запомнить запахи гнезда. Кроме того, муравьи очень быстро забывают запах, связанный с гнездом, после того, как его убирают из гнезда. Следовательно, муравьи по-разному обрабатывают пищу и запахи гнезда в своем мозгу.
Пустынный муравей Cataglyphis fortis обладает удивительными способностями отслеживать пищу и возвращаться в свое гнездо в североафриканской пустыне. Его обоняние выполняет центральную функцию ориентации. Муравей не только мастер-навигатор, но и мастер памяти. Ученые-бихевиористы Маркус Кнаден из Института химической экологии им. Макса Планка годами изучали навигационные навыки этого вида муравьев. До сих пор его особенно интересовало, как маленькие насекомые находят путь обратно в свое гнездо после длительных поисков пищи в обширных солончаках тунисской Сахары. Ведь вход в гнездо - это всего лишь маленькая незаметная дырочка на поверхности пустыни. Он и его команда обнаружили, что, помимо других факторов, специфический запах гнезда играет решающую роль. Однако в ходе своих экспериментов исследователи заметили, что муравьи усваивают запахи пищи намного быстрее, чем запахи гнезд. «Наш главный вопрос заключался в том, существуют ли разные типы памяти для поиска пищи и гнезда. Идея сравнить оба процесса обучения возникла, когда мы заметили, что муравьи способны усваивать запахи пищи невероятно быстро по сравнению с запахами гнезда, которые нужно обучать гораздо дольше», - объясняет первый автор Роман Хубер.
Ученые разработали простой эксперимент, чтобы проверить реакцию муравьев на более чем 30 различных пищевых запахов. Они держали конец палки, надушенной запахом, примерно в двух метрах от кормящегося муравья на земле, так что ветер доносил запах до муравья. Поначалу большинство запахов муравьи игнорировали и не вызывали никакой реакции. «Однако после того, как мы предложили муравьям пищевую крошку, которая была ароматизирована одним из этих запахов, муравьев почти всегда впоследствии привлекал этот запах», - говорит Маркус Кнаден. «Мы были поражены тем, как быстро муравьи усваивали запахи, связанные с едой, и как долго они могли их запомнить. Даже муравьи, выучившие запах более 25 дней назад, смогли его запомнить.«В природе у большинства муравьев короткая жизнь, и обычно их убивает хищник в течение шести дней. Поэтому особенно удивительно, что муравьи, возраст которых более чем в четыре раза превышает средний возраст, все еще могут помнить то, чему они научились».
С другой стороны, муравьи не могли запоминать запахи, связанные с гнездом, так же быстро, как запахи пищи. Когда исследователи прикрепили запах к входу в гнездо, муравьям потребовалось от пяти до десяти попыток, чтобы изучить запах как сигнал гнезда. Только после нескольких тренировок они сосредоточили свои поиски гнезда на этом запахе. Когда из гнезда убрали запах и после того, как муравьи несколько раз вернулись в гнездо, они полностью перестали реагировать на прежний сигнал гнезда. У муравьев запахи, очевидно, по-разному обрабатываются мозгом в зависимости от того, являются ли они едой или сигналами гнезда.
Маркус Кнаден дает объяснение: «В двух разных воспоминаниях запаха есть смысл. В течение всей своей жизни муравей встречает много разных кусочков пищи во время кормления. Поскольку насекомое находит пищу в основном с помощью обонятельных сигналов, муравью важно усвоить запах хорошей пищи, чтобы позже специально искать ее. Гнездо, напротив, должно всегда пахнуть одинаково в течение короткой жизни муравья. Следовательно, не требуется сверхъестественной памяти, чтобы определить местонахождение входа в гнездо по обонятельным сигналам. Достаточно, если муравей знает, как пахло гнездо, когда он ушел искать пищу, чтобы найти ее по пути домой. Маловероятно, что запах гнезда изменится, пока муравей находится в поисках пищи."
Теперь ученые хотят разработать лабораторные исследования, чтобы подтвердить результаты поведенческих экспериментов в естественной среде обитания пустынных муравьев. Их цель состоит в том, чтобы использовать методы визуализации, такие как визуализация кальция, для обнаружения и визуализации различных воспоминаний в мозгу муравья и для сравнения активности мозга во время поиска пищи и гнезда. «Мы уже используем аналогичные методы для визуализации мозговой активности мух и мотыльков. Было бы здорово применить эти методы и для муравьев, потому что муравьи демонстрируют особенно сложное поведение», - говорит Маркус Кнаден.