W serii badań trwających ponad 20 lat, biolog ewolucyjny z University of Michigan, Elizabeth Tibbetts i jej koledzy, wykazali, że osy papierowe, pomimo swoich maleńkich mózgów, mają imponującą zdolność uczenia się, zapamiętywania i dokonywania społecznych różnic w stosunku do innych.
Naukowcy wykazali, że osy papierowe rozpoznają osobniki swojego gatunku na podstawie zmian w ich rysach twarzy i że zachowują się bardziej agresywnie w stosunku do os z nieznanymi znakami.
Ustalili, że papierowe osy mają zaskakująco długą pamięć i opierają swoje działania na tym, co pamiętają z wcześniejszych interakcji społecznych z innymi osami. I dostarczyli pierwszego dowodu wnioskowania przechodniego – zachowania, które przypomina logiczne rozumowanie – u zwierzęcia bezkręgosłowego, skromnej papierowej osy.
Teraz Tibbetts i jej uczniowie donoszą o pierwszych dowodach na to, że papierowe osy mogą tworzyć abstrakcyjne koncepcje. Co zaskakujące, osy były również w stanie przenieść to, czego nauczyły się poprzez trening wzrokowy, na inną modalność sensoryczną: zmysł węchu.
W badaniu wykorzystano zadania laboratoryjne, aby sprawdzić, czy osy papierosowe (Polistes fuscatus) mogą nauczyć się i zastosować jedno z najbardziej podstawowych abstrakcyjnych pojęć: ideę identyczności i różnicy.
Osy zostały wyszkolone, aby rozróżniać pary bodźców wzrokowych lub węchowych (dwa kolorowe kawałki papieru, dwa zdjęcia twarzy os lub dwa zapachy chemiczne), które były albo identyczne, albo różne. Jedna para bodźców wiązała się z łagodnym, ale nieprzyjemnym wstrząsem elektrycznym, druga nie.
Następnie żądlące owady poddano działaniu nowych par bodźców (identycznych lub różnych) i przetestowano ich zdolność do unikania porażenia prądem, wybierając „właściwą” parę – tę związaną z bezpieczeństwem.
Według naukowców wcześniej wytresowane osy dokonywały właściwego wyboru w ponad 80% przypadków. Odkrycia zespołu zostały opublikowane w Internecie 20 lipca w czasopiśmie Proceedings of the Royal Society B.
„Nasze odkrycia pokazują, że osy nauczyły się ogólnej koncepcji identyczności i różnicy i zastosowały ją do nowych próbek i nowych rodzajów bodźców” – powiedział Tibbetts, profesor na Wydziale Ekologii i Biologii Ewolucyjnej UM.
„Uważa się, że abstrakcyjne koncepcje wiążą się z wysokim poziomem zaawansowania poznawczego, więc istnieje duże zainteresowanie tym, które gatunki mogą je formować i wykorzystywać. Po raz pierwszy ktoś pokazał, że osy mogą tworzyć abstrakcyjne koncepcje”.
Historycznie uważano, że tylko naczelne są zdolne do uczenia się tych samych różnych koncepcji. Późniejsze badania wykazały jednak, że u wielu zwierząt, takich jak wrony, gołębie, papugi, delfiny, kaczątka i pszczoły miodne, istnieją dowody na istnienie tych samych różnych koncepcji.
Teraz naukowcy z UM dodają do listy osy papierowe. Pierwszą autorką badania Proceedings of the Royal Society B jest Chloe Weise, była studentka studiów magisterskich na UM, która ukończyła szkołę wiosną tego roku.
„Nauka koncepcyjna jest podstawą trudnych zadań, takich jak język, analogia i świadomość” – powiedział Weise. „Nasze wyniki dodają coraz więcej dowodów na to, że miniaturowe układy nerwowe owadów nie ograniczają wyrafinowanych zachowań”.
Na potrzeby badań samice osy papierniczej zebrano z ich gniazd w okolicach Ann Arbor w stanie Michigan. Osy i ich gniazda były trzymane w laboratorium i otrzymywały wodę, cukier i woskowiny jako pokarm.
Podczas szkolenia i testowania poszczególne osy zostały umieszczone w małej komorze z balsy i pleksiglasu, aby ustalić, czy mogą nauczyć się i stosować te same różne koncepcje.
Osy były szkolone i testowane przy użyciu metody zwanej równoczesnym dwuelementowym zadaniem ta sama-różna. W badaniu wykorzystano trzy rodzaje bodźców: kolorowy papier, obrazy twarzy os oraz zapachy substancji chemicznych zwanych alkenami, które przypominają zapachy używane przez osy do identyfikacji współmieszkańców.
Testy laboratoryjne wykazały, że osy tresowane za pomocą bodźców wzrokowych były w stanie zastosować koncepcję identyczności i różnicy do bodźców węchowych.
„Co ciekawe, osy zastosowały koncepcję identyczności i różnicy w modalnościach sensorycznych, przenosząc koncepcje wyuczone w domenie wzrokowej do domeny zapachowej” – powiedział Weise. „Dlatego nasze wyniki pokazują, że Polistes są w stanie opanować abstrakcyjne współzależności między bodźcami”.
Osy papierowe są drugimi po pszczołach bezkręgowcami, które tworzą tak samo odmienne koncepcje. Osy papierowe i pszczoły miodne mają znacznie mniejsze mózgi (mniej niż 1 milion neuronów) niż kręgowce, o których wiadomo, że tworzą te same różne koncepcje. Na przykład gołębie mają mózgi z 310 milionami neuronów, a mózgi makaków mają 6 miliardów neuronów.
Co ciekawe, osy papierowe w tym badaniu osiągnęły ponad 80% prawidłowych wyborów po treningu obejmującym zaledwie osiem prób z ośmioma parami bodźców, podczas gdy według Tibbettsa gołębie potrzebują 100 unikalnych bodźców i tysięcy prób, aby nauczyć się tych samych różnych koncepcji.
Osy papierowe użyte w niniejszym badaniu mogły być bardziej biegłe niż gołębie w tworzeniu koncepcji, ponieważ były szkolone różnymi metodami, w tym z użyciem bodźców istotnych z biologicznego punktu widzenia, powiedział Tibbetts.
„Szkoleliśmy i testowaliśmy osy przy użyciu obrazów twarzy, kolorów i zapachów os” – powiedziała. „Wszystkie trzy rodzaje bodźców są ważne w zachowaniu dzikich os”.
Drugim autorem badania Proceedings of the Royal Society B jest były absolwent UM Christian Cely Ortiz. Praca została sfinansowana z grantu IOS-1557564 Narodowej Fundacji Nauki.