Trzmiele – małe mózgi, duże możliwości
fot. Justyna Kierat
Jakiś czas temu serwisy z informacjami ze świata nauki obiegła wiadomość o badaniach, w których pokazano, że trzmiele się bawią. Zabawa należy do zachowań, które nie dziwią nas u innych ssaków, być może trochę zaskakuje, kiedy przejawiają ją na przykład ptaki. Ale owady? A przecież to nie pierwsze odkryte u trzmieli zachowanie, które może nas mocno zaskoczyć.
Któż z nas nie zna trzmieli? Możemy nie wiedzieć niczego o ich życiu, nie potrafić rozpoznawać poszczególnych gatunków (których w Polsce jest około trzydziestu), ale widząc trzmiela, rozpoznamy go*. Pszczoły te (tak, trzmiele należą do pszczół i są całkiem blisko spokrewnione z miodną) mają gęste futerko i przysadzistą sylwetkę. Taka budowa ciała przydaje się w środowiskach, które są dla trzmieli najbardziej charakterystyczne. Podczas gdy najwięcej gatunków pszczół możemy spotkać w rejonach o ciepłym i suchym klimacie, to jeśli jesteśmy zainteresowani trzmielami, powinniśmy wybrać się w chłodniejsze, bardziej północne rejony. Trzmiele możemy oczywiście spotkać w miejscach o cieplejszym klimacie, ale znajdziemy je również wysoko w górach, a także za kołem podbiegunowym. W Polsce przedstawiciele jednego z gatunków potrafią latać po pokarm zarówno w chłodne, wiosenne poranki, w temperaturach niewiele powyżej zera, jak i w upały w środku lata. Jak trzmielom udaje się bycie tak wszędobylskimi? Odpowiedź kryje się w ich zaawansowanych mechanizmach termoregulacji, których badaniem zajmował się m.in. Berndt Heinrich. Miejscem, które generuje mnóstwo ciepła w trzmielowym organizmie, jest tułów, a dokładniej – potężne mięśnie poruszające skrzydłami. Kiedy jest chłodno, owad może rozgrzać tułów przed startem do lotu, używając właśnie tych mięśni (czy jest to osiągane poprzez ich drżenie, czy też przy udziale specjalnych enzymów spalających glukozę bez konieczności ich poruszania, nie jest do końca rozstrzygnięte). Aby nie wychładzać się po osiągnięciu odpowiedniej temperatury, kieruje w odpowiedni sposób przepływ hemolimfy (czyli owadziego odpowiednika krwi) w swoim ciele, tak by odwłok nie nagrzewał się, a tułów pozostawał ciepły. Z kolei w wysokich temperaturach, kiedy to przegrzanie w czasie lotu staje się problemem, następuje zmiana przepływów hemolimfy, tak by odwłok zaczął pełnić funkcję chłodnicy oddającej nadmiar ciepła do otoczenia.
No dobrze, a o co chodzi z tą zabawą trzmieli [1]? Zacznijmy od tego, jak naukowcy definiują zabawę. Jest to zachowanie, w które zwierzę angażuje się z własnej woli, które nie służy bezpośrednio takiemu celowi jak zwiększenie zdolności do przetrwania czy rozmnożenia się, jest powtarzalne (a więc nie jest przypadkowym, jednorazowym zachowaniem), ale nie jest nienaturalnym zachowaniem będącym efektem np. stresu czy złych warunków bytowania (na przykład zwierzęta trzymane w niewoli niejednokrotnie wykazują stereotypowe zachowania, takie jak chodzenie w tę i z powrotem wzdłuż ogrodzenia). Obserwacje, które zainspirowały naukowców do sprawdzenia, czy trzmiele się bawią, były – jak to się niejednokrotnie zdarza przy ciekawych odkryciach – przypadkowe. W ramach innych badań nad trzmielami używane były nieduże kule. Zauważono, że trzmiele czasami toczyły je bez żadnego wyraźnego powodu. Wyglądało to jak zabawa z piłką, ale takie wrażenie mogło być błędne. Wykonano kilka starannie zaplanowanych eksperymentów, w których trzmiele mogły udać się z gniazda prosto po pokarm bądź zatrzymać się przy kulkach, albo wybierały pomiędzy kolorem kojarzącym im się z kulkami a neutralnym. Pszczoły udające się po pokarm od czasu do czasu zbaczały z trasy, żeby potoczyć kule, i to również wtedy, kiedy wcześniej miały z nimi kontakt, a więc wiedziały, że są to tylko drewniane przedmioty, na których nie znajdą pokarmu. W testach wyboru również częściej kierowały się w stronę koloru kojarzonego z kulami niż alternatywnego. Co ciekawe, zaobserwowano, że bardziej chętne do zabawy są młodsze osobniki (podobnie jak ma to miejsce w przypadku ssaków!) oraz samce. Być może samice były zbyt zajęte zajmowaniem się rodziną, by poświęcać dużo czasu na zabawę.
Kwiaty dają pszczołom wiele mniej lub bardziej wyraźnych sygnałów informujących o tym, czy warto je odwiedzić. Niektóre z nich są oczywiste nawet dla nas – kontrastowe kolory czy intensywny zapach są reklamą skierowaną do zapylaczy. Inne są niedostępne dla ludzkiej percepcji. Pszczoły widzą nieco inaczej niż my – ich oczy nie odbierają barwy czerwonej, za to potrafią dostrzec niewidoczny dla naszych oczu ultrafiolet. Jeśli spojrzymy na kwiaty poprzez urządzenie pokazujące ich wygląd w ultrafiolecie, okaże się, że wiele z nich ma w tym świetle dodatkowe wzory. W kwiatostanach typu koszyczka, takich jak spotyka się na przykład u stokrotki, jest to niejednokrotnie dodatkowy pierścień wokół środka. Działa on jak lądowisko dla zapylaczy, zachęcając – usiądź tutaj. Są i mniej oczywiste rodzaje sygnałów. Jednym z nich jest ładunek elektrostatyczny [3]. Futerko pszczół, podobnie jak sierść ssaków, zazwyczaj naładowane jest dodatnio. Kwiaty z kolei noszą na sobie raczej ładunek ujemny. Kiedy pszczoła zbliża się do kwiatu, jej włoski na ciele są delikatnie przyciągane – pszczoła to czuje i może ocenić, jak bardzo roślina jest naładowana. Kontakt owada z kwiatem powoduje, że na pewien czas (rzędu kilkudziesięciu sekund) kwiat się rozładowuje. Później ładunek elektrostatyczny na płatkach powraca do poziomu wyjściowego. Jednak jeśli w międzyczasie przyleci kolejna pszczoła, poczuje, że ktoś niedawno odwiedzał tę roślinę – a to niesie ze sobą informację, że być może nie opłaca się do niej zaglądać. Kwiaty mają w sobie określoną, zależną m.in. od gatunku ilość nektaru, i kiedy odwiedzi je zapylacz, zazwyczaj potrzebują czasu, by uzupełnić wypity zapas.
Trzmiele są bardzo często wykorzystywanym modelem w różnego rodzaju badaniach na pszczołach. W ilości badań, w których biorą udział, ustępują chyba tylko pszczole miodnej. Niewątpliwie jedną z przyczyn jest fakt, że dość łatwo się je hoduje, a małe kolonie kilku gatunków trzmieli są bez problemu dostępne w sprzedaży (klientami są głównie rolnicy potrzebujący skutecznych zapylaczy, ale naukowcy również korzystają z tej oferty). Dlatego jeśli szukamy badań nad pszczelimi zdolnościami kognitywnymi, to trzmiele będą się pojawiać stosunkowo często. W nowo wydanej książce “The mind of a bee” [2] są one, wraz z pszczołą miodną, głównymi bohaterami. Autor tej pozycji, Lars Chittka (który jest również jednym ze współautorów badań nad trzmielową zabawą), opisuje szereg eksperymentów ujawniających niezwykłe zdolności trzmieli. Kiedy zastanowić się nad życiem tych zwierząt, nie powinno być niczym dziwnym, że cechują się niezwykłą pamięcią i zdolnością do szybkiego uczenia i łączenia faktów. Robotnica trzmiela latająca po pokarm codziennie musi podejmować decyzje, w których kwiatach szukać pożywienia i w jakiej kolejności je odwiedzać. Sytuacja na łące zmienia się dynamicznie – kwiaty, które wcześniej dawały dużo pokarmu, mogły przekwitnąć poprzedniego dnia lub zostać opróżnione z nektaru tuż przed odwiedzinami przez naszą robotnicę. Musi ona na bieżąco weryfikować swoją mentalną mapę okolicy, a także zwracać uwagę na subtelne sygnały, mogące ją informować o tym, które rośliny warto odwiedzić. Jeśli dodamy do tego drapieżniki czające się na kwiatach, których warto unikać, obraz życia trzmiela staje się naprawdę złożony.
Pszczoły są mistrzami w kojarzeniu ze sobą różnych rzeczy. Chittka w swojej książce stwierdza, że da się je nauczyć kojarzyć z pokarmem praktycznie każdego rodzaju sygnał. Można przyzwyczaić je do odwiedzania karmnika o określonej godzinie, do wybierania konkretnego koloru, kształtu czy faktury. Nic w tym dziwnego, wszak w naturze każdy odwiedzany kwiat jest kombinacją wielu różnych parametrów – ma kształt, kolor, zapach, wielkość, ładunek elektryczny, temperaturę i być może różne nieznane nam jeszcze cechy, które odwiedzające go owady oceniają i zapamiętują. Czy taki kwiat tworzy w umyśle pszczoły jedno wyobrażenie, czy też zapamiętuje ona jego cechy w oderwaniu od siebie, jak niepowiązany ze sobą zbiór, z którym później porównuje to, co napotkała w terenie? Wydaje się, że w umysłach pszczół – a przynajmniej trzmieli, u których to badano [4] – znajdują się uporządkowane reprezentacje rzeczywistych obiektów, co więcej – pszczoła patrząc na obiekt, jest w stanie przewidzieć, jaki mógłby być w dotyku, i odwrotnie. Eksperyment, który tego dowiódł, był bardzo prosty. Trzmiele miały do wyboru dwa rodzaje karmników – okrągłe i sześcienne. Tylko w jednym z dwóch rodzajów znajdowała się słodka nagroda – roztwór cukru. Trzmiele były podzielone na cztery grupy – w dwóch z nich pełnym karmnikiem był sześcian, w dwóch pozostałych – kula. W każdej z tych par, jedna grupa mogła widzieć karmniki i z nich jeść, ale nie mogła ich dotykać, bo były umieszczone za szybą (oczywiście w ten sposób, że otwory w karmnikach były dla trzmieli dostępne). Druga grupa natomiast mogła dotykać karmników, ale ich nie widziała, gdyż zostały umieszczone w zaciemnionym pomieszczeniu.
Kiedy trzmiele ze wszystkich czterech grup nauczyły się korzystać z karmników zawierających cukier i omijać te puste, zmieniono im warunki – tym, które żerowały w ciemności, zaoferowano karmniki za szybą, a te, które pożywiały się przez szybę, wpuszczono do ciemnych pomieszczeń. Okazało się, że zwierzęta nie miały problemu z rozpoznaniem właściwych karmników. Wiedziały, jaki w dotyku powinien być przedmiot, który dotąd tylko oglądały, i jak wygląda ten, którego dane im było wcześniej jedynie dotykać w ciemności. Najwyraźniej potrafiły wyobrazić sobie, jak powinien wyglądać przedmiot, który zbadały dotykiem, i odwrotnie.
Nawet zaakceptowanie inteligencji zwierząt stosunkowo bliskich ludziom – przedstawicieli ssaków czy ptaków – nie zawsze przychodziło nam łatwo. Z czasem odkrywaliśmy u różnych gatunków zwierząt zachowania i zdolności, które dawniej były uważane za wyłącznie ludzkie. Owady wciąż wydają się od nas bardzo odległe i ich zaawansowane zdolności potrafią zaskoczyć. Kiedy wiosną zobaczymy duże puchate królowe trzmieli, krążące nisko nad ziemią w poszukiwaniu miejsca na gniazdo, warto zatrzymać się na chwilę, przypomnieć sobie, co potrafią i poobserwować je w ich naturalnym środowisku choć przez krótką chwilę.
* …zazwyczaj. Nie zawsze jest to aż tak łatwe jak może się wydawać. Do rodzaju Bombus, oprócz opisywanych w artykule trzmieli, należy również 9 gatunków trzmielców, zgrupowanych w obrębie podrodzaju Psithyrus. Są one nie tylko blisko spokrewnione z trzmielami, ale również bardzo podobne z wyglądu i ich odróżnienie od trzmieli wymaga pewnej wprawy. Trzmielce są pasożytami społecznymi trzmieli. Samice, zamiast zakładać własne gniazda, wyszukują kolonie trzmieli i starają się zająć w nich miejsce królowej. Pewne trudności może też sprawić rozpoznanie trzmiela starego, wyłysiałego lub mokrego. To zresztą częstsze zjawisko, że starsze pszczoły, o zniszczonym owłosieniu, stają się trudne do oznaczenia gatunku.
dr Justyna Kierat – biolog, edukatorka i ilustratorka przyrodnicza. Naukowo interesuje się dzikimi pszczołami, które bada m.in. w Instytucie Botaniki Uniwersytetu Jagiellońskiego i w Kampinoskim Parku Narodowym.
Dziękuję Aleksandrze Żmudzie, Barbarze Kierat i Krystianowi Zapotocznemu za przeczytanie i sprawdzenie tekstu przed publikacją.
Recenzja: redakcja Nauki dla Przyrody.
Literatura
[1] Dona, H. S. G., Solvi, C., Kowalewska, A., Mäkelä, K., MaBouDi, H., & Chittka, L. (2022). Do bumble bees play?. Animal Behaviour.
[2] Chittka, L. (2022). The Mind of a Bee. Princeton University Press.
[3] Clarke, D., Whitney, H., Sutton, G., & Robert, D. (2013). Detection and learning of floral electric fields by bumblebees. Science, 340(6128), 66-69.
[4] Solvi, C., Gutierrez Al-Khudhairy, S., & Chittka, L. (2020). Bumble bees display cross-modal object recognition between visual and tactile senses. Science, 367(6480), 910-912.
Nauka dla Przyrody 