Umysł na sześciu nogach

Kartezjusz twierdził, że umysł jest czymś zupełnie innym od ciała (w tym mózgu). Spekulował przy tym, że interakcje między nimi zachodzą w szyszynce. Stwierdził również, że ludzie różnią się od innych zwierząt fundamentalną kwestią. Każdy człowiek ma umysł (w nomenklaturze Kartezjusza „rzecz myślącą”), a wszystkie zwierzęta są maszynami (zbudowanymi z „rzeczy rozciągłej”), których zachowań nie należy wyjaśniać w oparciu o jakiekolwiek pojęcia psychologiczne. O ile pogląd Kartezjusza o separacji umysłu i ciała nie ma dziś zbyt wielu sympatyków wśród psychologów, neuronaukowców i kognitywistów, o tyle traktowanie zwierząt jako pozbawionych umysłu maszyn było sankcjonowane przez badaczy zachowań zwierząt jeszcze do niedawna.

Co najmniej od czasu „rewolucji poznawczej”, która w nauce rozpoczęła się w drugiej połowie lat 50. XX w., termin „umysł” zmienił swoje znaczenie. Przestał być pojedynczą, prostą „rzeczą”, która nie ma zbyt wiele wspólnego z mózgiem i resztą ciała. Stał się raczej pojęciem zbiorczym na wiele dających się badać empirycznie zdolności poznawczych, takich jak rozpoznawanie wzorców, nabywanie wiedzy o świecie i współtowarzyszach oraz wykorzystywanie tej wiedzy w elastycznej kontroli własnego zachowania. Funkcje te, oraz wiele innych, realizowane są przez złożone sieci komórek mózgu.

Tysiące badań przeprowadzonych na przestrzeni kilku ostatnich dekad wskazało, że w zadaniach polegających na rozwiązywaniu różnych problemów zwierzęta, których mózgi są zbliżone budową do mózgu ludzkiego, wypadają podobnie do nas. Choć naukowcy spierają się wciąż w wielu kwestiach, takich jak np. świadomość zwierząt, dziś ekstrawagancją byłaby teza, że zwierzęta pozbawione są funkcji poznawczych. Coraz więcej badaczy zwraca się ku etologii kognitywnej, której celem jest badanie umysłów zwierząt. I choć dotyczy to głównie kręgowców, a zwłaszcza ssaków, dysponujemy także coraz większą ilością danych, które sugerują, że nawet owady – których mózgi są znacznie mniejsze i inaczej zorganizowane – nie są po prostu kartezjańskimi automatami, działającymi wedle ściśle ustalonych programów genetycznych.

Owadzia natura

Historia naturalna owadów jest bardzo długa. Pierwsze z nich pojawiły się prawie 500 mln lat temu, znacznie wcześniej niż dinozaury. Dziś owady zamieszkują rozmaite nisze środowiskowe, począwszy od naszych mieszkań, przez lasy, pola i rzeki, aż po gorące pustynie, głębokie jaskinie i górskie szczyty. Dotychczas opisano ponad milion gatunków owadów. Najmniejsze nie dorastają długością milimetra, jak choćby KIKIKI HUNA z rodziny rzęsikowatych (0,16 mm), największe zaś, jak STRASZYKI CHIŃSKIE (Phryganistria chinensis zhao), mają ponad 60 centymetrów. Pomimo tych różnic, owady charakteryzują się wspólnym planem anatomicznym. Są bezkręgowcami, nie mają więc kręgosłupa, a jako stawonogi posiadają zewnętrzny pancerz, organizujący ich ciało w trzy charakterystyczne segmenty (nawiasem mówiąc, łacińskie insectum oznacza „podzielony”): odwłok, który jest kluczowy dla funkcji rozrodczych, tułów, do którego przytwierdzone są narządy ruchu, oraz głowę.

Jednym z powodów, dla których Karol Linneusz, XVIII-wieczny autor wielkiej systematyki życia uznał, że owady przynależą do odrębnej gromady zwierząt, miał być rzekomy brak mózgu. Na rzecz tej tezy świadczyć miało to, że zdekapitowany owad może przez pewien czas się poruszać, a nawet rozmnażać. Dziś wiemy, że jest to możliwe dzięki zwojom nerwowym, które znajdują się w każdym segmencie ciała i funkcjonują względnie niezależnie od siebie. Głowy owadów mieszczą jednak w sobie mózgi, będące – podobnie jak w przypadku ludzi i innych zwierząt – poznawczym „centrum dowodzenia”. Owadzimi mózgami zachwycał się już zresztą Karol Darwin. W traktacie „O pochodzeniu człowieka” napisał nawet, że „mózg mrówki jest jednym z najcudowniejszych atomów materii, wznioślejszym może niż mózg człowieka” (przeł. L. Masłowski, 1874). Przyjrzyjmy się najpierw temu, jak zbudowany jest ten „atom materii”, a następnie – co potrafi.

Oczy na penisie

Owadzi mózg przez setki milionów lat ewoluował niezależnie od mózgów kręgowców, dlatego nie znajdziemy w nim struktur takich jak kora mózgowa, ciało migdałowate czy też szyszynka, którą tak upodobał sobie Kartezjusz. Mózg owada ma inną strukturę. Składa się ze zwojów, czyli skupisk neuronów, tworzących trzy płaty: przodomóżdże (protocerebrum), śródmóżdże (deutocerebrum) i zamóżdże (tritocerebrum). Każdy z tych płatów pełni różne funkcje. Pierwszy połączony jest nerwem wzrokowym z oczyma. Płat ten również przetwarza i integruje – w tzw. ciałach grzybkowatych i ciele centralnym – informacje docierające za pośrednictwem innych zmysłów. Ciała grzybkowate i ciało centralne odgrywają kluczową rolę w uczeniu się nowych umiejętności i orientacji przestrzennej, podobnie jak hipokamp w przypadku ludzi i innych ssaków. Śródmóżdże unerwia czułki owada i przetwarza zbierane przez nie informacje, zamóżdże zaś łączy mózg z unerwionymi narządami jamy gębowej oraz narządami wewnętrznymi, m.in. układu pokarmowego.

Owady poznają świat za pomocą tych samych zmysłów co ludzie, jednak sama konstrukcja narządów percepcyjnych jest diametralnie inna. Oto garść przykładów: wiele owadów dysponuje układem wzrokowym będącym kombinacją oczu prostych i oczu złożonych.

PSZCZOŁA MIODNA (Apis mellifera) posiada parę dużych oczu złożonych oraz trzy umieszczone między nimi („na czole”) oczy proste (tzw. „przyoczka”). Oczy złożone owadów składają się z kilku lub nawet kilkudziesięciu tysięcy podjednostek – tzw. ommatidiów, z których każde wyposażone jest w swój własny miniaturowy aparat optyczny. Przodomóżdże owada musi poradzić sobie z łączeniem obrazów ze wszystkich tych struktur w spójną całość. W rezultacie ich obraz świata jest szerokokątny, ale mocno ziarnisty (wyobraźmy sobie zdjęcie panoramiczne o niskiej rozdzielczości, które razi nas dużymi pikselami). Ten skomplikowany układ wzrokowy dostarcza jednak owadom specyficznych zdolności. Pszczoły widzą w ultrafiolecie, co sprawia, że jednokolorowe dla nas kwiaty mienią się dla nich całą feerią barw (nie widzą one za to światła czerwonego). Co więcej, pszczoły rozróżniają polaryzację światła, co ułatwia im orientowanie się w przestrzeni nawet w pochmurne dni.

Oczy „na czole” nie są najdziwniejszym rozwiązaniem w świecie owadów. Niektóre z nich dysponują oczami poza głową, by wymienić tylko umieszczone na penisie oczy samca MOTYLA paziowatego (Papilio). Również zmysł węchu realizowany jest u owadów zupełnie inaczej niż w przypadku ludzi – nie za pomocą nosów, ale czułków. Narząd ten odbiera również bodźce smakowe, dotykowe, słuchowe oraz rejestruje temperaturę i wilgotność. Narządem słuchu są z kolei membrany wibracyjne, zlokalizowane w przeróżnych miejscach ciała – u świerszcza, przykładowo, na przednich odnóżach.

Znajome twarze

Owady różnią się pod względem zaawansowania poznawczego czy też – potocznie mówiąc – inteligencji. Do tych, które uchodzą za „najbardziej inteligentne”, należą osy, pszczoły miodne, trzmiele oraz mrówki, które na co dzień muszą radzić sobie w środowisku znacznie bardziej zmiennym i złożonym niż np. owady zamieszkujące ciemne jaskinie (tzw. troglobionty). Przykładowo, mózg komara liczy około stu tysięcy neuronów, podczas gdy pszczoły miodnej około miliona. U ssaków najczęściej wskazuje się, że zaawansowanie poznawcze koreluje z objętością przedniej części płata czołowego, u owadów zaś zaobserwowano związek między wielkością ciał grzybkowatych, umieszczonych w przodomóżdżu, a pojemnością pamięci i ogólną „inteligencją”. Podobnie jak w przypadku kręgowców, zaawansowanie poznawcze owadów idzie również w parze z bogatym życiem społecznym, które wiąże się z rozpoznawaniem innych osobników, komunikowaniem się z nimi, przekazem wiedzy i kształtowaniem nowych umiejętności.

Dziś wiemy, że rozpoznawanie twarzy jest czynnością, z którą świetnie radzą sobie nawet proste sztuczne sieci neuronowe. Przez długi czas sądzono jednak, że czynność ta wymaga wyspecjalizowanych struktur mózgowych, występujących jedynie u ssaków. Ważnego odkrycia, które pozwoliło przełamać ten pogląd, dokonali w 2005 r. Adrian Dyer, Christa Neumeyer oraz Lars Chittka. Wcześniej wiadomo było, że owady potrafią rozpoznawać się wzajemnie, jednak badacze ci nauczyli pszczoły miodne rozpoznawać twarze ludzkie. Udało im się uwarunkować (stosując system nagród) owady tak, aby podlatywały do zdjęć zapamiętanych twarzy, unikając jednocześnie zdjęć twarzy podobnych, ale różniących się pewnymi niuansami. Następnie sprawdzono, jak pszczoły radzą sobie z tym zadaniem, jeśli nie otrzymują żadnych nagród.

Owady uzyskały poprawność rzędu 80 proc., co nie odbiega zbytnio od wykonania analogicznego zadania przez ludzi. Co więcej, badacze zaobserwowali znany z badań nad percepcją u ludzi efekt inwersji: sprawność rozpoznawania twarzy przez owady drastycznie spadała, jeśli obrazy odwrócone były o 180 stopni.

Mistrz i uczeń

Chyba najbardziej znanym sposobem komunikacji społecznej owadów są tańce pszczół. Istnieje jednak sposób komunikacji, co do którego jeszcze niedawno sądzono, że zarezerwowany jest tylko dla człowieka – nauczanie. W przypadku ludzi powiedzielibyśmy, że nauczanie jest czynnością intencjonalną. Nie mamy jednak dostępu do domniemanych intencji owadów. Dlatego też przyjmuje się, że w świecie zwierząt (nie tylko owadów) nauczanie zachodzi po spełnieniu kilku warunków: nauczyciel potrafi coś, czego nie potrafi uczeń, przekazanie wiedzy jest kosztowne dla nauczyciela (wymaga np. poświęcenia czasu), a uczeń przyswaja umiejętność szybciej, niż gdyby miał do niej dojść samodzielnie metodą prób i błędów.

TEMNOTHORAX ALBIPENNIS to niewielka mrówka budująca gniazda w skalnych szczelinach. Nigel R. Franks z Uniwersytetu w Bristolu oraz Tom Richardson z Uniwersytetu w Lozannie opisali w 2006 r. na łamach „Nature” zjawisko „biegu tandemowego” robotnic tego gatunku. Okazuje się, że mrówki, które odkryły nowe miejsce do żerowania, przekazują tę wiedzę innym osobnikom. W jaki sposób? Podczas wspólnej drogi nauczycielka co jakiś czas zatrzymuje się i czeka (ponosi więc koszt) na uczennicę, która z kolei co jakiś czas „melduje” gotowość do dalszej drogi poprzez dotknięcie nauczycielki czułkami. W ten sposób para robotnic dociera do lokalizacji, w której znajduje się pokarm, a świeżo wykształcona mrówka może zacząć jego zbieranie lub zwerbować, w analogiczny sposób, kolejne robotnice.

Jeszcze mniej oczywisty przejaw zdolności nauczania, sugerujący predyspozycje do przekazu kulturowego, zaobserwowano u trzmieli ziemnych (Bombus terrestris). Zespół badaczy pod kierownictwem znanego nam już Larsa Chittki opisał w „PLOS Biology” w 2016 r. wyniki pomysłowego badania. Uczeni zbudowali sztuczne niebieskie kwiaty, których środek wypełniony był słodką wodą. Trzmiele nie mogły jednak w prosty sposób dostać się do nagrody, ponieważ środek „kwiatu” znajdował się pod przezroczystą szybą. Owady mogły jednak przyciągnąć do siebie cały „kwiat”, chwytając za przytwierdzony do niego sznurek. Po kilkugodzinnych próbach część trzmieli nauczyła się wykonywać to nieoczywiste zadanie, co już samo w sobie jest imponującym przejawem owadziego sprytu. Badacze sprawdzili jednak, co stanie się, jeśli do układu eksperymentalnego z wytrenowanym trzmielem wprowadzą nowicjusza. Okazało się, że większość trzmielich nowicjuszy potrafiła przejąć zdolność wyciągania „kwiatu” za sznurek i zastosować ją samodzielnie (polecamy przekonać się o tym na własne oczy, wpisując, „Bumblebees learned to pull strings for reward” w serwisie YouTube).

Lekcja futbolu

Chittka i koledzy zinterpretowali powyższy wynik stwierdzając, że „owady posiadają zdolności poznawcze niezbędne do przekazu kulturowego”. W odpowiedzi podniosły się jednak krytyczne głosy sugerujące, że takie zachowanie nie odbiega zbytnio od wyzwań, z jakimi trzmiele mogą spotykać się w środowisku naturalnym i być może w doświadczeniu wykazano „zaledwie” nieznany dotychczas wzorzec behawioralny. Wszak nietrudno sobie wyobrazić, że trzmiele mogłyby posiadać taką zdolność chociażby po to, żeby odblokować wlot do gniazda zasypany przez wiatr patyczkami. Londyńscy badacze odpowiedzieli na krytykę, projektując kolejny eksperyment, w którym trzmiel uczony był wtaczania kulki do dołka w zamian za kroplę wody z cukrem, czyli sytuacji bardziej odpowiadającej grze w piłkę niż jakiejkolwiek czynności, której poświęcają się trzmiele żyjące poza uniwersyteckim laboratorium (można to zobaczyć wpisując w YouTube hasło „Bees learn how to play soccer”).

Rezultaty ukazały się w 2017 r. w „Science”. Trzmiele były nie tylko w stanie uczyć się wykonywania tego zadania od siebie nawzajem, lecz również kiedy jego wykonanie demonstrował eksperymentator poruszający kulkę za pomocą magnesu. Co więcej, trzmiele wykazywały niespodziewaną plastyczność uczenia się. W jednym z wariantów na arenie znajdowały się trzy kulki. Podczas demonstracji do dołka zawsze wtaczana była tylko najbliższa z nich. Podczas testu zarówno tę najbliższą, jak i środkową kulkę przyklejono do areny tak, aby trzmiel nie był w stanie ich poruszyć. Po zapoznaniu się z sytuacją owad, zamiast błąkać się po arenie w zakłopotaniu, zdobywał zasłużoną nagrodę, wtaczając do dołka najodleglejszą z kulek, co wskazuje, że generalizował on nowo nabytą zdolność na inne przypadki.

Owadem jestem

Jedna z najgorętszych dyskusji wokół zwierzęcych umysłów dotyczy świadomości, a konkretnie świadomości samego siebie. Ze względu na subiektywny charakter, świadomość jest zjawiskiem niezwykle trudnym do badania nawet w przypadku ludzi.

Badania zwierząt są jeszcze trudniejsze, ponieważ nie można po prostu zapytać ich, co myślą (o ile chce się oczywiście usłyszeć odpowiedź). Pomimo tego badacze zaproponowali metody testowania samoświadomości zwierząt, z których najsłynniejszą jest test lustra, opracowany przez amerykańskiego psychologa Gordona Gallupa. Procedura jest następująca: uśpionemu zwierzęciu maluje się na czole kropkę, a gdy się przebudzi, konfrontuje się je z własnym odbiciem w lustrze. Jeśli zwierzę będzie próbować zetrzeć kropkę z własnego czoła, można przypuszczać, że jest samoświadome (lub przynajmniej potrafi odnieść obraz w lustrze do czegoś „własnego”), jeśli zaś z lustra – to odmawia się mu tej zdolności. Test lustra przeszło pomyślnie dotychczas sporo gatunków kręgowców (delfiny, małpy człowiekowate, niektóre ptaki, a może nawet pewien gatunek ryby).

Biorąc dodatkowo pod uwagę międzygatunkowe podobieństwa neurobiologiczne, grupa naukowców z całego świata podpisała w Cambridge w 2012 r. słynną, ale niestety mało precyzyjną deklarację na temat świadomości zwierząt. Uznali oni, że ssaki oraz ptaki, a nawet bezkręgowce (bezpośrednio wymienione zostały tylko ośmiornice) traktować należy jako istoty świadome.

Co z owadami? Etolog kognitywny Andrew Barron wraz z filozofem Colinem Kleinem stwierdzili śmiało na łamach czasopisma „PNAS”, że konstrukcja owadzich mózgów jest wystarcząco zaawansowana, by umożliwiać im świadome doświadczanie siebie i świata. Możliwość to jednak jeszcze nie fakt. Pięć lat temu Roger i Marie-Claire Cammaertsowie sprawdzili, jak z testem lustra radzą sobie mrówki. Badacze namalowali niebieskie kropki na główkach mrówek (dokładnie na nadustku, gdzie znajduje się górna warga owada). Po przebudzeniu mrówki zachowywały się normalnie. Ale gdy umieszczono je przed lustrem, niemal natychmiast zbliżały się do szkła, tak jakby chciały przyjrzeć się sobie bliżej, próbowały zetrzeć farbę za pomocą przednich odnóży i dotykały jej czułkami.

Czytaj pozostałe teksty dodatku "WIELKIE PYTANIA NA NOWO: MÓZG"

Badanie zostało skomentowane niedawno przez samego Gallupa. Wytknął szereg nieścisłości metodologicznych, którymi obarczone były eksperymenty (dodajmy, że w przeciwieństwie do wszystkich omawianych wyżej wyników, test lustra u mrówek został opisany w mało prestiżowym piśmie). Gallup stwierdził ponadto, że badane gatunki mrówek mają zbyt słabe zdolności wzrokowe, by rozpoznawać same siebie za pomocą tego zmysłu. Wreszcie, ponieważ zwierzęta o znacznie większych mózgach i lepszym wzroku potrzebują sporo czasu i treningu, by w ogóle nauczyć się korzystać z lustra, jest mało prawdopodobne, by mrówki mogły poradzić sobie z nowym zadaniem natychmiastowo. Na koniec warto również zauważyć, że test lustra jako probierz posiadania samoświadomości ma wielu krytyków, ale to już zupełnie inna historia.

Można z dużym prawdopodobieństwem stwierdzić, że owady nie mają samoświadomości podobnej do naszej. Ponieważ jednak świadomość nie działa na zasadzie „wszystko albo nic”, to nie oznacza jeszcze, że nie posiadają one jakiejś prostszej formy samowiedzy. A już z pewnością nie są kartezjańskimi automatami, pozbawionymi wszelkiej umysłowości. ©