Люди, которые легко теряются в необычайной темноте тропического леса, могут многому научиться у пчелы, которая может найти дорогу домой в условиях, в 10 раз более тусклых, чем свет звезд. Исследователи из исследовательской станции Смитсоновского института тропических исследований (STRI) на острове Барро-Колорадо в Панаме и Лундского университета в Швеции обнаружили, что потовые пчелы (Megalopta genalis) находят дорогу домой, основываясь на узорах в кроне над головой, используя дорсальное зрение. Этот первый отчет о дорсальной навигации летающего насекомого, опубликованный в журнале Current Biology, может представлять особый интерес для производителей дронов и других транспортных средств, летающих в ночное время.
«Одним из пионеров изучения хоуминга у пчел был Чарльз Х. Тернер, афроамериканский ученый из Чикагского университета, - сказал Уильям Висло, штатный научный сотрудник STRI. - Он написал в журнале Biological Бюллетень 1908 года: «роющие пчелы используют память, чтобы найти дорогу домой, и что они тщательно исследуют окрестности гнезда, чтобы сформировать в памяти картины топографической среды норы». Но чего мы до сих пор не понимали, так это того, что сигналы, которые пчелы запоминают, находятся не только перед их лицом, но и над головой».
Никто не знает, почему потовые пчелы на острове Барро-Колорадо бродят от цветка к цветку, как сумеречные кошки, собирая пыльцу только в течение примерно 70 минут до восхода солнца и после захода солнца. Тем более, что в подстилке тропического леса, где пчелы живут внутри мертвых веток и лиан, в 100 раз темнее, чем над пологом леса.
С конца 1990-х годов Эрик Уоррант и его команда из Vision Group Лундского университета в Швеции сотрудничали с Wcislo, чтобы узнать больше об оптических сверхспособностях Megalopta. Их работа показала, что особые сложные глаза мегалопты в 30 раз более чувствительны к свету и концентрируют фотоны света так, как не могут глаза летающих днем медоносных пчел. Идентифицируя пыльцу с тел пчел и их гнезд, они обнаружили, что пчелы собирают пыльцу с более чем 60 видов растений: от высоких деревьев с кронами, таких как Hura crepitans и Pseudobombax septenatum, до низкорослых кустов кофейного семейства, таких как Faramea occidentalis.
«Для человека-наблюдателя наиболее очевидными визуальными признаками в лесу ночью являются щели в пологе, когда мы смотрим прямо вверх, потому что небо намного ярче, чем лес внизу, - сказал Уоррант. - Мы видим довольно сложный рисунок перекрещивающихся ветвей, но пчелиный глаз гораздо менее сложен. Они видят широкие световые пятна, которые различаются по форме и положению. Мы знали, что муравьи могут использовать узоры навеса для навигации по лесу, и мы подумали, не делают ли пчелы то же самое».
Медоносные пчелы не могут этого сделать, но чтобы выяснить, обладают ли пчелы Megalopta еще одной сверхспособностью, Сандра Чаиб, студентка Университета Лунда, переехала на остров Барро-Колорадо для проведения экспериментов.
Чтобы проверить эту идею, Сандра сначала создала специальный пчелиный мотель. Представьте себе входы в пять комнат: каждый вход представляет собой одинаковый круглый серый диск. Дверь представляет собой крошечное круглое отверстие в центре диска - конец палочного гнезда.
В первом эксперименте она спросила, могут ли пчелы найти дорогу домой, используя единственный ориентир. Она разместила черную полосу над входом в одно из гнезд. После того, как пчелы ушли искать пыльцу, она изменила порядок гнезд, но настоящее гнездо по-прежнему было отмечено черной полосой над летком. Когда пчелы вернулись, они выбрали правильное гнездо.
Затем она немного усложнила задачу, соорудив нечто вроде навеса, похожего на крышу навеса, над каждым входом в гнездо. Над четырьмя пустыми гнездами она накинула навес с узором из черных и белых полос, а над занятым гнездом - с другим узором. Опять же, когда пчелы улетели, она изменила положение гнезда, и снова они нашли нужное гнездо, когда вернулись. Но она все еще не исключала возможности того, что пчелы использовали еще одну подсказку, например, запах, чтобы найти свое собственное гнездо. Таким образом, она оставила гнездо на том же месте, но поместила выученный образец пчелы над пустым гнездом… и пчелы выбрали пустое гнездо, показывая, что они использовали образец в качестве ориентира, а не запах или какой-либо другой сигнал из гнезда.
Ее последний эксперимент был самым элегантным: на этот раз два гнезда делили общий навес, узор из темных кругов на светлом фоне, созданный для представления узоров света и тьмы в настоящих лесных пологах. Вход в пустое гнездо располагался под одним концом навеса, а вход в занятое гнездо - под противоположным концом. На этот раз, когда пчелы улетели, Сандра перевернула тент так, чтобы узор был обратным. Пчелы выбирали не то гнездо более чем в 80% случаев, показывая раз и навсегда, что они ориентировались на основании приведенного выше шаблона.
Понимание того, как Megalopta перемещается, может представлять интерес для военных приложений. Теперь большинство дронов используют GPS для навигации, но GPS и спутники могут быть заглушены или уничтожены.
Животные используют множество различных ориентиров для навигации. Зрение, безусловно, очень важно, но многие животные обладают магнитным чутьем и могут измерять свойства магнитного поля Земли, чтобы понять, где они находятся на поверхности Земли. Земля и направление, в котором они хотят путешествовать. Мы уже узнали о насекомых и других животных, которые могут использовать звезды для навигации; голуби могут использовать запахи для навигации … есть много разных сигналов. Навес является одним из сигналов которую дрон может использовать для навигации, но действительно надежной навигационной системой будет та, которая будет использовать несколько различных сигналов, как это делают животные, чтобы использовать все эти системы одновременно для навигации».
STRI Учреждения по-прежнему закрыты из-за ограничений, связанных с COVID-19, но исследователи жаждут вернуться. «Пока что мы знаем только то, как пчелы определяют, какая комната в пчелином мотеле принадлежит им, когда они возвращаются домой», - сказал Вцисло..«Мы до сих пор понятия не имеем, как они перемещаются по лесу после того, как покидают свои гнезда».