WikiDer > Познание насекомых

Insect cognition

Познание насекомых описывает умственные способности и изучение этих способностей в насекомые. Поле развивалось из сравнительная психология где ранние исследования были сосредоточены на поведение животных.[1] Исследователи изучили познание насекомых в пчелы, плодовые мошки, и осы.[2]  

Вопросы исследования состоят из экспериментов, направленных на оценку способностей насекомых с помощью восприятия,[3][1] внимание,[2] память (оса множественное гнездо),[1] пространственное познание,[1][4] использование инструментов,[2] решение проблем,[2] и концепции.[5][2] В отличие от поведения животных концепция групповое познание играет большую роль в изучении насекомых.[6][7][5] Предполагается, что некоторые классы насекомых, такие как муравьи и пчелы, думают с помощью группового познания, чтобы функционировать в своих сообществах;[6][7] более поздние исследования показывают, что индивидуальное познание существует и играет роль в общей когнитивной задаче группы.[3] Эксперименты по познанию насекомых были более распространены в последнее десятилетие, чем раньше.[2] Это логично для понимания когнитивных способностей как адаптации к разным экологическим нишам. под то Когнитивный факультет Видом при анализе поведения это означает, что он рассматривает поведение как адаптацию к окружающей среде человека и не оценивает его как более продвинутый по сравнению с другими индивидуумами.[8]

Знание о добыче насекомых

Насекомые пасутся на желтом цветке

Насекомые населяют множество разнообразных и сложных сред, в которых они должны искать пищу. Познание формирует, как насекомое приходит в поисках пищи. Особые познавательные способности, используемые насекомыми при поиске пищи, были предметом многих научных исследований.[9] В социальные насекомые часто изучаются, и многое было обнаружено в отношении интеллекта насекомых путем исследования способностей пчела разновидность.[10][2] Плодовые мошки также являются обычными предметами изучения.[11]

Обучение и память

Предубеждения в обучении

Благодаря обучению насекомые могут повысить эффективность добычи, сокращая время, затрачиваемое на поиски пищи, что позволяет больше времени и энергии вкладывать в другие виды деятельности. фитнес сопутствующие действия, например поиск друзей. В зависимости от экология Некоторые признаки насекомого могут быть использованы, чтобы научиться быстро определять источники пищи. В течение эволюционного периода у насекомых могут развиться эволюционные предубеждения в обучении, отражающие источник пищи, которым они питаются. Предубеждения в обучении позволяют насекомым быстро ассоциировать важные особенности окружающей среды, связанные с едой. Например, пчелы неизученно предпочитают лучистые и симметричные узоры - особенности живых цветов, которыми пчелы питаются.[12] Кроме того, пчелы, у которых нет опыта кормодобывания, как правило, необученно предпочитают цвета, которые опытный сборщик усвоит быстрее. Эти цвета, как правило, очень полезны для цветов в данной конкретной среде.[13]

Время-место обучения

В дополнение к более типичным сигналам, таким как цвет и запах, насекомые могут использовать время в качестве сигнала для поиска пищи.[14] Время - особенно важная подсказка для опылители. Опылители кормятся цветами, которые, как правило, предсказуемо изменяются во времени и пространстве, в зависимости от вида цветка, опылители могут узнать время цветения цветков, чтобы разработать более эффективные маршруты кормления. Пчелы узнают, в какое время и в каких областях сайты приносят вознаграждение, и меняют свои предпочтения в отношении определенных сайтов в зависимости от времени суток.[15] Было показано, что эти временные предпочтения привязаны к циркадные часы у некоторых насекомых. В отсутствие внешних сигналов пчелы по-прежнему будут демонстрировать сдвиг в предпочтении вознаграждения в зависимости от времени, что сильно влияет на внутренний механизм отсчета времени, т.е. циркадные часы, модулирующие усвоенные предпочтения.[16] Более того, пчелы могут не только помнить, когда конкретный сайт приносит прибыль, но они также могут помнить, в какое время несколько разных сайтов приносят прибыль.[17] Определенный бабочка виды также демонстрируют доказательства обучения во времени и в пространстве благодаря их ловушка пищевое поведение.[18] Это когда животное постоянно посещает одни и те же места кормодобывания в последовательной манере в течение нескольких дней, и считается, что это указывает на способность к обучению во времени и месте.

Инновационный потенциал

Шмель, имеющий опыт натягивания веревки, тянет за веревку, чтобы достать искусственный синий цветок, наполненный сахарным раствором.[19]

Насекомые также способны к нововведениям в поведении. Инновации определяется как создание нового или измененного усвоенного поведения, ранее не обнаруженного в популяции.[20] Инновационные способности могут быть экспериментально изучены у насекомых с помощью задач решения проблем.[21] Когда им предлагают натянуть веревку, многие шмели не могут решить эту задачу, но некоторые могут придумать новое решение. Те, кто изначально не мог решить задачу, могут научиться ее решать, наблюдая, как пчела-новатор решает задачу. Это усвоенное поведение затем может распространяться в культуре через популяции пчел.[19] Более поздние исследования насекомых начали изучать, какие черты (например исследовательская тенденция) предсказывают склонность отдельного насекомого быть новатором.[22]

Социальные аспекты добычи насекомых

Социальное обучение мест кормодобывания

Насекомые могут узнавать о местах добычи пищи посредством наблюдения или взаимодействия с другими людьми, что называется социальным обучением. Это было продемонстрировано на шмелях. Шмелей больше привлекает награждение за цветы, если они заняты другими шмелями, и они быстрее учатся связывать этот вид цветов с наградой.[23] Увидев сородичей на цветке, вы усиливаете предпочтение цветов этого типа. Кроме того, шмели будут больше полагаться на социальные сигналы, когда задача трудная, чем когда задача простая.[24]

Муравьи покажут сородичам места еды, которые они обнаружили в процессе, называемом тандемный бег. Это считается редким примером обучения, специальной формы социального обучения в животном мире.[25] Обучение включает в себя постоянное взаимодействие между репетитором и учеником, и репетитор обычно несет какие-то затраты, чтобы передать ученику соответствующую информацию. В случае тандемного бега муравей временно снижает свою эффективность кормодобывания, чтобы продемонстрировать ученику местонахождение участка кормления.

Доказательства накопительной культуры

Исследования на шмелях предоставили доказательства того, что некоторые насекомые демонстрируют начало кумулятивной культуры через акт преобразования существующего поведения в более эффективные формы. Шмели могут улучшить задачу, в которой они должны тянуть мяч в определенное место, что является ранее социально изученным поведением, используя более оптимальный маршрут по сравнению с маршрутом, который использовал их демонстратор.[26] Эту демонстрацию уточнения ранее наблюдаемого существующего поведения можно было бы рассматривать как рудиментарную форму кумулятивной культуры, хотя это весьма спорная идея. Важно отметить, что истинную кумулятивную культуру трудно показать у насекомых, да и вообще у всех видов. Для этого потребуется культура, накапливающаяся из поколения в поколение до такой степени, что ни один отдельный человек не сможет независимо генерировать все поведение.[27]

Нейронная основа кормодобывания насекомых

Роль грибовидных тел

Схема грибовидного тела плодовой мушки

Одной из важных и хорошо изученных областей мозга, связанных с добычей насекомых, является грибовидные тела, структура, участвующая в обучении и памяти насекомых. Тело гриба состоит из двух больших стеблей, называемых цветоносами, с чашевидными выступами на концах, называемыми чашечками. Роль грибовидных тел заключается в сенсорной интеграции и ассоциативном обучении.[28] Они позволяют насекомому сочетать сенсорную информацию и вознаграждение. Эксперименты, в которых функция грибовидных тел нарушается из-за абляции, показывают, что организмы ведут себя нормально, но плохо обучаются. Мухи с пораженными грибовидными телами не могут образовывать ассоциации по запаху[29] а тараканы с пораженными грибовидными телами не могут использовать пространственную информацию для формирования воспоминаний о местах.[30]

Грибная пластика тела

Тела грибов могут изменяться в размерах на протяжении жизни насекомого. Есть свидетельства того, что эти изменения связаны с началом поиска пищи, а также с опытом поиска пищи. В некоторых Перепончатокрылые грибовидные тела увеличиваются в размерах, когда медсестры становятся фуражирами и начинают добывать корм для колонии.[31] Молодые пчелы начинают как медсестры, заботящиеся о кормлении и оздоровлении личинок улья. По мере того как пчела стареет, ее обязанности переходят от кормилицы к собирателю, и она покидает улей для сбора пыльцы. Этот сдвиг в работе приводит к изменениям в экспрессии генов в мозгу, которые связаны с увеличением размера грибовидного тела.[31] Также было показано, что у некоторых бабочек размер грибовидного тела увеличивается в зависимости от опыта.[32] Период наибольшего увеличения размера мозга обычно связан с периодом обучения посредством опыта кормодобывания, демонстрирующего важность этой структуры в познании насекомых при кормлении.

Эволюция грибовидного тела

Несколько таксонов насекомых независимо развили более крупные грибовидные тела. Требования к пространственному познанию при поиске пищи были задействованы в тех случаях, когда эволюционировали более сложные грибовидные тела.[33] Тараканы и пчелы, принадлежащие к разным отрядам, кормятся на большой территории и используют пространственную информацию для возвращения к местам кормления и центральным местам, что, вероятно, объясняет их более крупные грибовидные тела.[34] Сравните это с двукрылое животное например плодовая муха Drosophila melanogaster, который имеет относительно небольшие грибовидные тела и менее сложные требования к пространственному обучению.

Рекомендации

  1. ^ а б c d Буркхардт RW (1987). «Журнал поведения животных и ранняя история исследований поведения животных в Америке». Журнал сравнительной психологии. 101 (3): 223–230. Дои:10.1037/0735-7036.101.3.223. ISSN 0735-7036.
  2. ^ а б c d е ж грамм Перри CJ, Barron AB, Chittka L (2017). «Границы познания насекомых». Текущее мнение в области поведенческих наук. 16: 111–118. Дои:10.1016 / j.cobeha.2017.05.011. ISSN 2352-1546.
  3. ^ а б Баракки Д., Лихореу М., Джурфа М. (август 2017 г.). «Есть ли у насекомых эмоции? Несколько слов о шмелях». Границы поведенческой нейробиологии. 11: 157. Дои:10.3389 / fnbeh.2017.00157. ЧВК 5572325. PMID 28878636.
  4. ^ Блэкаутон П.С., Эйрзи С., Аллен А., Бейкер С., Берроу А., Блэр С. и др. (Апрель 2011 г.). "Пчелы Блэкаутона". Письма о биологии. 7 (2): 168–72. Дои:10.1098 / рсбл.2010.1056. ЧВК 3061190. PMID 21177694.
  5. ^ а б Пассино К.М., Сили Т.Д., Вишер П.К. (19 сентября 2007 г.). «Познание роя у медоносных пчел». Поведенческая экология и социобиология. 62 (3): 401–414. Дои:10.1007 / s00265-007-0468-1. ISSN 0340-5443.
  6. ^ а б Уилсон Р.А. (сентябрь 2001 г.). «Познание на уровне группы». Философия науки. 68 (S3): S262 – S273. Дои:10.1086/392914. ISSN 0031-8248.
  7. ^ а б Файнерман О., Корман А. (январь 2017 г.). «Индивидуальное и коллективное познание у социальных насекомых». Журнал экспериментальной биологии. 220 (Pt 1): 73–82. arXiv:1701.05080. Bibcode:2017arXiv170105080F. Дои:10.1242 / jeb.143891. ЧВК 5226334. PMID 28057830.
  8. ^ Джурфа М (май 2013 г.). «Познание с помощью нескольких нейронов: обучение более высокого порядка у насекомых». Тенденции в неврологии. 36 (5): 285–94. Дои:10.1016 / j.tins.2012.12.011. PMID 23375772.
  9. ^ Джонс П.Л., Агравал А.А. (январь 2017 г.). «Обучение насекомых-опылителей и травоядных». Ежегодный обзор энтомологии. 62 (1): 53–71. Дои:10.1146 / annurev-ento-031616-034903. PMID 27813668.
  10. ^ «У пчел маленький мозг, но большие идеи». Scientific American. Дои:10.1038 / scientificamericanmind0514-10b.
  11. ^ Маймон Г. «Могут ли плодовые мухи раскрыть скрытые механизмы разума?». Сеть блогов Scientific American. Получено 2020-01-30.
  12. ^ Лерер М., Хорридж Г.А., Чжан С.В., Гадагкар Р. (1995-01-30). «Видение формы у пчел: врожденное предпочтение цветочных узоров». Философские труды Лондонского королевского общества. Серия B: Биологические науки. 347 (1320): 123–137. Bibcode:1995РСПТБ.347..123Л. Дои:10.1098 / рстб.1995.0017. ISSN 0962-8436.
  13. ^ Джурфа М., Нуньес Дж., Читтка Л., Мензель Р. (сентябрь 1995 г.). «Цветовые предпочтения цветочно-наивных пчел». Журнал сравнительной физиологии А. 177 (3). Дои:10.1007 / BF00192415. ISSN 0340-7594.
  14. ^ Zhang S, Schwarz S, Pahl M, Zhu H, Tautz J (ноябрь 2006 г.). «Память пчелы: пчела знает, что и когда делать». Журнал экспериментальной биологии. 209 (Pt 22): 4420–8. Дои:10.1242 / jeb.02522. PMID 17079712.
  15. ^ Пал М., Чжу Х., Пикс В., Тауц Дж., Чжан С. (октябрь 2007 г.). «Циркадная синхронизированная эпизодическая память - пчела знает, что делать, когда и где». Журнал экспериментальной биологии. 210 (Pt 20): 3559–67. Дои:10.1242 / jeb.005488. PMID 17921157.
  16. ^ Zhang S, Schwarz S, Pahl M, Zhu H, Tautz J (ноябрь 2006 г.). «Память пчелы: пчела знает, что и когда делать». Журнал экспериментальной биологии. 209 (Pt 22): 4420–8. Дои:10.1242 / jeb.02522. PMID 17079712.
  17. ^ Пал М., Чжу Х., Пикс В., Тауц Дж., Чжан С. (октябрь 2007 г.). «Циркадная синхронизированная эпизодическая память - пчела знает, что делать, когда и где». Журнал экспериментальной биологии. 210 (Pt 20): 3559–67. Дои:10.1242 / jeb.005488. PMID 17921157.
  18. ^ Гилберт, Лоуренс Э. Рэйвен, Питер Х. (1980). Коэволюция животных и растений: Симпозиум V, Первый Международный конгресс систематической и эволюционной биологии, Боулдер, Колорадо, август 1973 г.. Техасский университет. ISBN 0-292-71056-9. OCLC 6511746.CS1 maint: несколько имен: список авторов (связь)
  19. ^ а б Alem S, Perry CJ, Zhu X, Loukola OJ, Ingraham T., Søvik E, Chittka L (октябрь 2016 г.). Луи М. (ред.). «Ассоциативные механизмы позволяют социальному обучению и культурной передаче того, как натягивать струны у насекомых». PLoS Биология. 14 (10): e1002564. Дои:10.1371 / journal.pbio.1002564. ЧВК 5049772. PMID 27701411.
  20. ^ Читатель С.М., Лаланд К.Н. (25 сентября 2003 г.). «Инновации в животноводстве: введение». Инновации в животных. Издательство Оксфордского университета. С. 3–36. Дои:10.1093 / acprof: oso / 9780198526223.003.0001. ISBN 978-0-19-852622-3.
  21. ^ Гриффин А.С., Гез Д. (ноябрь 2014 г.). «Инновации и решение проблем: обзор общих механизмов». Поведенческие процессы. 109 Pt B: 121–34. Дои:10.1016 / j.beproc.2014.08.027. PMID 25245306.
  22. ^ Колладо МА, Мензель Р., Сол Д., Бартомеус I (23 декабря 2019 г.). «Инновации в отношении одиночных пчел обусловлены исследованиями, застенчивостью и уровнем активности». Дои:10.1101/2019.12.23.884619. Цитировать журнал требует | журнал = (помощь)
  23. ^ Ледбитер Э, Читтка Л. (2007-08-06). «Динамика социального обучения в модели насекомого, шмеля (Bombus terrestris)». Поведенческая экология и социобиология. 61 (11): 1789–1796. Дои:10.1007 / s00265-007-0412-4. ISSN 0340-5443.
  24. ^ Баракчи Д., Васас В., Джамшед Икбал С., Алем С. (13.01.2018). Папай Д. (ред.). «Шмели-собиратели больше используют социальные сигналы, когда задача трудная». Поведенческая экология. 29 (1): 186–192. Дои:10.1093 / beheco / arx143. ISSN 1045-2249.
  25. ^ Фрэнкс Н.Р., Ричардсон Т. (январь 2006 г.). «Обучение на тандемных муравьях». Природа. 439 (7073): 153. Bibcode:2006Натура.439..153F. Дои:10.1038 / 439153a. PMID 16407943.
  26. ^ Лукола О.Дж., Перри С.Дж., Coscos L, Chittka L (февраль 2017 г.). «Шмели демонстрируют когнитивную гибкость, улучшая наблюдаемое сложное поведение». Наука. 355 (6327): 833–836. Bibcode:2017Научный ... 355..833L. Дои:10.1126 / science.aag2360. PMID 28232576.
  27. ^ Шофилд Д.П., МакГрю В.К., Такахаши А., Хирата С. (декабрь 2017 г.). «Кумулятивная культура у нечеловеческих существ: недооцененные выводы от японских обезьян?». Приматы. 59 (1): 113–122. Bibcode:2017Научный ... 355..833L. Дои:10.1007 / s10329-017-0642-7. PMID 29282581.
  28. ^ Гейзенберг М (апрель 2003 г.). «Мемуары грибовидного тела: от карт к моделям». Обзоры природы. Неврология. 4 (4): 266–75. Дои:10.1038 / номер 1074. PMID 12671643.
  29. ^ de Belle JS, Heisenberg M (февраль 1994 г.). «Ассоциативное обучение запаху у дрозофилы отменено химической абляцией грибовидных тел». Наука. 263 (5147): 692–5. Bibcode:1994Sci ... 263..692D. Дои:10.1126 / наука.8303280. PMID 8303280.
  30. ^ Мизунами М., Вейбрехт Дж. М., Штраусфельд, штат Нью-Джерси (1998-12-28). «Грибные тела таракана: их участие в памяти места». Журнал сравнительной неврологии. 402 (4): 520–537. Дои:10.1002 / (sici) 1096-9861 (19981228) 402: 4 <520 :: aid-cne6> 3.0.co; 2-k. ISSN 0021-9967.
  31. ^ а б Whitfield CW, Cziko AM, Robinson GE (октябрь 2003 г.). «Профили экспрессии генов в мозге предсказывают поведение отдельных медоносных пчел». Наука. 302 (5643): 296–9. Bibcode:2003Наука ... 302..296Вт. Дои:10.1126 / science.1086807. PMID 14551438.
  32. ^ Монтгомери С.Х., Меррилл Р.М., Отт С.Р. (июнь 2016 г.). «Состав мозга бабочек Heliconius, постклюзионный рост и зависимая от опыта пластичность нейропиля». Журнал сравнительной неврологии. 524 (9): 1747–69. Дои:10.1002 / cne.23993. HDL:2381/36988. PMID 26918905.
  33. ^ Фаррис С.М., Шульмейстер С. (март 2011 г.). «Паразитоидизм, а не социальность, связан с эволюцией сложных грибовидных тел в мозге перепончатокрылых насекомых». Ход работы. Биологические науки. 278 (1707): 940–51. Дои:10.1098 / rspb.2010.2161. ЧВК 3049053. PMID 21068044.
  34. ^ Фаррис С.М., Ван Дайк Дж.В. (декабрь 2015 г.). «Эволюция и функция грибовидных тел насекомых: результаты сравнительных и модельных системных исследований». Текущее мнение в науке о насекомых. 12: 19–25. Дои:10.1016 / j.cois.2015.08.006.