Стресс обострил зрение и ускорил принятие решений у шмелей
Тряска перенастроила зрительный аппарат шмелей. Напуганные насекомые перестали замечать бледные объекты, но точнее различали мелкие детали узоров. При этом угроза заставила насекомых делать выбор быстрее, не снижая точность их ответов.
У млекопитающих чувство страха временно меняет работу зрительной системы. Когда человек или другой примат паникует, его глаза лучше воспринимают крупные размытые силуэты. Это помогает боковым зрением вовремя заметить бросок хищника, но способность распознавать мелкие детали при этом резко падает. До сих пор исследователи не знали, работает ли аналогичный оптический механизм у насекомых, которые критически зависят от зрения, когда ищут пищу и ориентируются в пространстве.
Авторы исследования, опубликованного в издании Journal of Experimental Biology, оценили реакцию насекомых на угрозу. Биологи искусственно воспроизвели нападение хищника на земляных шмелей (Bombus terrestris). Для этого они трясли шмелей в мягких губчатых трубках на лабораторном шейкере. Вибрация на скорости 1200 оборотов в минуту должна была передавать тряску, которую шмель испытывает в лапах хищника или когда бьется в паутине.
Сразу после шейкера биологи запускали шмеля в Y-образный лабиринт, чтобы проверить его зрение. Насекомому предстояло выбрать один из двух коридоров. На задней стенке коридоров располагались черно-белые узоры: за горизонтальными полосами скрывалась капля сладкого сиропа, а за вертикальными — вода. Высокоскоростные камеры фиксировали, как быстро шмель пересекает линию принятия решения и делает окончательный выбор.
Ученые усложняли задачу двумя способами. В первом тесте они постепенно снижали контрастность полос, делая узор все более бледным. Во втором — меняли пространственную частоту: линии становились более тонкими и располагались ближе друг к другу. Результаты напуганных шмелей биологи сравнивали с показателями контрольной группы, которая избежала тряски. Чтобы исключить погрешности, исследователи измеряли ширину глаз каждого насекомого, так как крупные особи от природы видят лучше мелких.
Эксперименты показали, что стресс напрямую меняет параметры фасеточных глаз. Контрастная чувствительность напуганных насекомых упала: спокойным шмелям хватало разницы в контрасте на уровне 22%, чтобы распознать горизонтальный узор. После тряски порог восприятия вырос до 36%. Шмели просто переставали замечать бледные и невыразительные объекты.
Однако стресс резко повысил способность шмелей находить мелкие детали. Напуганные насекомые успешно различали тонкие узоры с высокой пространственной частотой (0,344 цикла на градус). Спокойные особи переставали видеть разницу уже на показателе 0,235 цикла на градус. Ученые предположили, что экология хорошо объясняет такой оптический сдвиг. Главные враги шмелей — цветочные пауки-бокоходы, которые идеально сливаются с лепестками. Чтобы выжить, испуганному насекомому важнее сфокусировать зрение на тончайших контурах замаскированного хищника, а не искать крупные тени.
Вдобавок напуганные насекомые нарушили базовое правило нейробиологии — компромисс между скоростью и точностью (speed-accuracy trade-off). Спокойные шмели перед сложной задачей долго зависали перед мишенями или вовсе отказывались лететь к кормушкам по истечении двух минут. Особи после стресс-теста почти не сомневались. Они летели к цели быстрее контрольной группы, и доля их правильных ответов не снизилась. Ученые предположили, что в ответ на угрозу мозг шмеля обильно выделяет биогенные амины — октопамин и дофамин. Эти вещества работают подобно адреналину: они усиливают возбуждение, убирают нерешительность и заставляют шмеля предельно концентрироваться на задаче.
Исследование показало, что стресс не просто посылает в мозг насекомого команду бежать или защищаться, а перенастраивает сенсорный аппарат. В моменты угрозы организм шмеля жертвует способностью распознавать полутона ради того, чтобы превратить глаза в сверхчувствительный инструмент для поиска скрытой угрозы.