Trzmiele czują ból, są gotowe ryzykować. Polski naukowiec odkrył złożoność mózgu owadów

Wykazaliśmy, że owady zdolne są znosić bardziej nieprzyjemne doznania, gdy starają się o wartościową nagrodę. Ich maleńkie mózgi mogą skrywać złożony umysł.

29.07.2022

Czyta się kilka minut

Trzmiel pije słodką wodę z rozgrzanej płytki. Część aparatury wykorzystanej w eksperymencie / fot. PIPPA AGER /
Trzmiel pije słodką wodę z rozgrzanej płytki. Część aparatury wykorzystanej w eksperymencie / fot. PIPPA AGER /

Ich twarze to twarde, zrogowaciałe maski. Nigdy nie mąci ich najmniejszy grymas – ani radości, ani niezadowolenia. Na świat spoglądają nieprzeniknionymi, nieruchomymi aparatami wyposażonymi w setki malutkich soczewek, których nie przysłaniają powieki ani nie zraszają łzy. Jeżeli muszą się porozumieć, używają chemicznych kodów, niezrozumiałych dźwięków i złożonych tańców. Kiedy zatrzymują się w miejscu, to przeważnie tylko ruchy pary segmentowanych sensorów, którymi skanują otoczenie, zdradzają, że pulsuje w nich życie. Czy to jakieś maszyny? Może przybysze z obcych przestrzeni, którzy muszą chronić swoje ciała przed ziemskimi warunkami w szczelnych pancerzach? Nie, to nasi dalecy krewni. Starsi od nas (ewolucyjnie), bardzo prominentni krewni.

Owady opanowały każdy ziemski kontynent i są obecne niemal w każdym biomie. Mózgi owadów – bo nawet najmniejszy komar i najwątlejsza jętka takowym dysponują – podobnie jak nasze, składają się z wyspecjalizowanych komórek zdolnych do generowania impulsów elektrycznych i komunikacji przez neuroprzekaźniki. Ich wypustki dendrytyczne również tworzą splątane sieci, przypominające gęstwy gałęzi, a szum elektrycznej aktywności tych sieci, podsłuchiwany przez wzmacniacz z podłączonym głośnikiem, brzmi zupełnie jak u nas. 

Chociaż podobieństwa na poziomie komórkowym są znaczące, to gdy spojrzymy na mózgi jako całość, różnice będą bardzo wyraźne. Przede wszystkim te owadzie są nieporównywalnie mniejsze. Mózg pszczoły zajmuje objętość około dwóch milimetrów sześciennych, co odpowiada około 0,0002 proc. naszego. Owadzie neurony są co prawda mniejsze, dzięki czemu w tak małej objętości mieści się ich względnie wiele, lecz mimo to ich liczba również jest nikła w porównaniu do mózgów ssaków. Szacuje się, że mózg robotnicy trzmiela składa się z ok. dwóch milionów neuronów. Ludzki – z 86 miliardów. Na próżno również szukać znajomych struktur w owadzich głowach, organizacja ich mózgu przypomina ssaczą jedynie tym, że gdybyśmy przecięli go wzdłuż pośrodku, dostalibyśmy dwie względnie podobne części.

Mimo tych różnic dzielimy z owadami ten sam świat. Wydaje się także, że radzimy sobie w nim co najmniej tak samo dobrze. 

Kto zapalił światło

Owady zdominowały Ziemię na długo przed świtem antropocenu. Wielkie społeczeństwa mrówek toczyły bezlitosne wojny, parały się rolnictwem (uprawą grzybów), hodowlą (mszyc wytwarzających spadź), a nawet używały antybiotyków miliony lat przed tym, nim hominidy zaczęły pocierać patyk o patyk czy zderzać dwa kamienie. Trudno się dziwić, że sprawa owadów fascynuje ludzkość od stuleci. W codziennej mowie używamy powiedzeń wychwalających pracę mrówek i pszczół. Społeczeństwa owadów wielokrotnie stawiano za wzór hierarchii, kolektywizmu i współpracy, choć to akurat przejaw zbytniej antropomorfizacji. Relacje panujące w mrowiskach czy ulach lepiej opisują teorie, które porównują te społeczności do organizmów (stąd termin: superorganizm), gdzie poszczególne osobniki są raczej trybikami w maszynie niż odrębnymi bytami. Indywidualne mrówki czy pszczoły przypominają komórki w ciele, dopiero ich współpraca nabiera jakiegoś sensu. 

Zresztą, nierzadko owady, zarówno te społeczne, jak i żyjące samotnie, porównywano do maszyn czy automatów, a w rozmaitych filozoficznych hierarchiach bytów, jak też w potocznym rozumieniu stały niewiele wyżej od roślin, a na pewno niżej od „pełnoprawnych” zwierząt. I choć pierwsi badacze, którzy systematycznie opisywali życie owadów, nie szczędzili im antropomorficznych porównań, to wraz z rozwojem i dojrzewaniem fizjologii, etologii i pojawieniem się behawioryzmu społeczność akademicka popadła w mechanicystyczną skrajność. Cóż złożonego mogłyby kryć owadzie mózgi? Istnienie jakiegoś świata wewnętrznego, który sobie tworzą, czy ich życia umysłowego, wydawało się nie do pomyślenia.

W ostatnich latach wprawdzie coraz śmielej odchodzimy od kartezjańskiego spojrzenia na świat zwierząt jako fundamentalnie odmienny i uboższy od ludzkiego, ale dotychczas ta refleksja dotyczyła głównie ssaków, może kręgowców (z małym wyjątkiem robionym czasami dla głowonogów). Natomiast w owadach iskra życia, w powszechnym mniemaniu, napędza li tylko procesy wegetatywne i mniej lub bardziej bogate instrumentarium automatyzmów wykonywanych w zależności od stanu wejściowego sensorów. W tym domu nie pali się światło – a nawet jeśli, to na pewno nikogo nie ma w środku. 

Futbol na sześciu nogach

Takiej perspektywie postrzegania owadów poważny cios zadała dyscyplina, która wyrosła na jego kanwie. Od dłuższego czasu robotycy i informatycy starają się zbudować urządzenia o złożoności funkcjonalnej mającej dorównywać owadziej. Cóż, jeśli są rzeczywiście tak prostymi organizmami, to powinien to być dobry punkt wyjścia. Jednak pomimo usilnych starań, a także wspaniałych odkryć dokonanych po drodze, ta pozorna prostota owadów ciągle pozostaje niedościgniona. Dopiero w ostatnich latach cuda inżynierii zaczęły zbliżać się sprawnością do tego, co przeciętna mucha zdaje się robić bez wysiłku na co dzień. 

Można by zbywać trudności inżynierów stwierdzeniem, że miliony lat ewolucyjnej optymalizacji pozwoliły na wyjątkowe dostrojenie owadów do świata. Coraz częściej jednak pojawiają się przesłanki świadczące o tym, że w naszej wygodnej, hierarchicznej klasyfikacji zwierząt znów coś przeoczyliśmy. Ściśle kontrolowane eksperymenty przekonują, że pozorna prostota owadów skrywa w sobie pokłady złożoności. 

Jednym z zespołów badawczych, które przodują w eksploracji tej niszy, jest działające na Uniwersytecie Królowej Marii w Londynie laboratorium pod kierownictwem Larsa Chittki. Modelem, na którym skupia się praca zespołu, są trzmiele ziemne (Bombus terrestris), które i w Polsce łatwo można zaobserwować, gdy w całej swojej puchatej kulistości krążą wokół kwiatów. Podobnie jak pszczoła miodna, z którą są blisko spokrewnione, są to owady społeczne, żyjące w rodzinach składających się z płodnej królowej i jej córek – nierozmnażających się robotnic.

Również budują woskowe gniazda, żywią się nektarem i pyłkiem – dzięki czemu pełnią funkcję zapylaczy – oraz bzyczą podczas lotu. Dzięki tej zdolności są zresztą chętnie wykorzystywane do zapylania pomidorów szklarniowych (a nawet hodowane komercyjnie w tym celu) – wytwarzane przez nie drgania ­powietrza wpływają na rozprzestrzenianie się pyłku. 

Jednak w londyńskim laboratorium przed trzmielami stawiane są dużo mniej oczywiste wyzwania, chociaż zwykle stosownie nagradzane wodą z cukrem. Kilka lat temu zespół Larsa Chittki wykazał, że trzmiele potrafią nauczyć się ciągnąć za sznurki i wtaczać piłki do bramek, żeby dostać się do nagrody; co więcej, uczą się od siebie nawzajem przez obserwację, a zadania rozwiązują w kreatywny sposób. Jeszcze kilka dekad temu zdziwilibyśmy się, gdyby ktoś opisał takie zjawisko u małp – a co dopiero u owadów.

Sposób na łasucha

Niecałe trzy lata temu odwiedziłem laboratorium profesora Chittki w ramach wyjazdów doktorantów finansowanych z Narodowego Programu Wymiany Akademickiej. W swojej pracy naukowej zajmuję się co prawda zachowaniem świerszcza domowego, lecz finezja eksperymentów Chittki zawsze mi imponowała i chciałem bliżej poznać jego zespół. Opowiedziałem wtedy o jednym z eksperymentów, w którym używam temperatury jako bodźca awersyjnego, po to, by wytrenować świerszcze w zadaniach nawigacyjnych. Temperatury rzędu
55 st. C są dla owadów nieprzyjemne, ale nie wyrządzają im krzywdy – można więc wykorzystywać je do tego, by w kontrolowany sposób motywować je do jakiegoś zachowania.

W tym samym czasie do londyńskiego zespołu dołączyła Matilda Gibbons, która w swoim doktoracie postanowiła zbadać percepcję bólu u owadów. Nawiązaliśmy współpracę i krótko potem, już po powrocie do Polski, przygotowałem i wysłałem do Londynu urządzenie służące do dostarczania termicznych bodźców bólowych o określonym natężeniu. 

Składa się ono z zestawu płaskich paneli grzewczych z termostatem, na których trzmiel musiał wylądować, aby dostać się do karmnika z roztworem cukru (substytutem nektaru). Każdy z karmników oznaczony był kolorem oznaczającym wyższą lub niższą temperaturę oraz stężenie cukru (trzmiele są łasuchami i preferują słodsze roztwory). Trzmiele robotnice biorące udział w naszym eksperymencie musiały się nauczyć, w którym karmniku znajduje się słodszy nektar, i jak bardzo nieprzyjemną temperaturę będą musiały wytrzymać, aby się do niego dostać. W badaniu sprawdzaliśmy, które z dostępnych karmników, różniących się zarówno jakością nagrody, jak i temperaturą, będą częściej odwiedzane, jeśli postawi się przed owadami różne opcje.

Pójście na kompromis

Wyniki eksperymentu, które właśnie przedstawiliśmy w czasopiśmie „PNAS”, wskazują, że podobnie jak ssaki, trzmiele są skłonne znieść więcej nieprzyjemności, gdy stawka jest wyższa. Jeśli ma im to dać dostęp do słodszego roztworu, są w stanie narazić się na wyższe temperatury, ale dla gorszej nagrody nie będą się poświęcać. Zatem, tak jak ludzie w sporcie czy pracy, bilansują one zysk z tym, co muszą znieść, aby go uzyskać. 

Zdaje się, że doświadczenie trzmiela jest zintegrowane, a wiedza o bólu nie dość, że jakoś gromadzona, to jeszcze porównywana jest z zakładaną nagrodą. Uczestniczący w eksperymencie owad widzi przed sobą oznaczone odpowiednimi kolorami karmniki, a więc wyboru dokonuje na podstawie zapamiętanych właściwości, a nie aktualnego stanu swoich receptorów bólowych. Trzmiel nie odczuwał przecież bólu, zanim nie doleciał do gorącego karmnika. Podejmuje więc decyzje w bardziej wyrafinowany sposób – a nie działa jak prosty automat, uruchamiany w odpowiedzi na konkretny bodziec. Wydaje się, że trzmiele musiały dokonać syntezy bodźców chemicznych (słodkość nektaru) oraz wizualnych (identyfikacja karmnika) i zestawić je z nieprzyjemnością wysokiej temperatury.

Warto o tym pamiętać, myśląc o świecie zwierząt m.in. w kontekście debat o etyce żywienia; w odniesieniu do farm owadów, ale również powszechnej produkcji rolnej, która wymaga szerokiego stosowania pestycydów. Co prawda trzmieli akurat te kwestie nie dotyczą, lecz nie wiemy, czy i inne grupy owadów nie przejawiają podobnej złożoności.

Autor jest doktorantem na Uniwersytecie Śląskim w Katowicach. Bada umysły owadów.

 

Dziękujemy, że nas czytasz!

Wykupienie dostępu pozwoli Ci czytać artykuły wysokiej jakości i wspierać niezależne dziennikarstwo w wymagających dla wydawców czasach. Rośnij z nami! Pełna oferta →

Dostęp 10/10

  • 10 dni dostępu - poznaj nas
  • Natychmiastowy dostęp
  • Ogromne archiwum
  • Zapamiętaj i czytaj później
  • Autorskie newslettery premium
  • Także w formatach PDF, EPUB i MOBI
10,00 zł

Dostęp kwartalny

Kwartalny dostęp do TygodnikPowszechny.pl
  • Natychmiastowy dostęp
  • 92 dni dostępu = aż 13 numerów Tygodnika
  • Ogromne archiwum
  • Zapamiętaj i czytaj później
  • Autorskie newslettery premium
  • Także w formatach PDF, EPUB i MOBI
89,90 zł
© Wszelkie prawa w tym prawa autorów i wydawcy zastrzeżone. Jakiekolwiek dalsze rozpowszechnianie artykułów i innych części czasopisma bez zgody wydawcy zabronione [nota wydawnicza]. Jeśli na końcu artykułu znajduje się znak ℗, wówczas istnieje możliwość przedruku po zakupieniu licencji od Wydawcy [kontakt z Wydawcą]

Artykuł pochodzi z numeru Nr 32/2022