Что в голове у пчелы

Версия для печати

Можно ли считать насекомых неразумными «философскими зомби»?

Пристальное изучение их поведения и настроения говорит об обратном.

Пес Рене Декарта, месье Гра, частенько сопровождал французского философа 17 века во время задумчивых прогулок и был предметом его нежного обожания. В целом же о внутреннем мире животных Декарт был невысокого мнения. «Животные не общаются подобно нам не потому, что у них нет нужных органов, а потому, что мыслей нет», — писал он в одном из писем в 1646 году. 

Последователи Декарта утверждали, что сознание — уникальное свойство человека, доступное ему, быть может, благодаря языку, который позволяет общаться и соотносить во времени воспоминания, ощущения и планы. С этой точки зрения (которой и сегодня не без оговорок придерживаются в некоторых кругах), животные суть не более чем хитроумные автоматы с набором заложенных поведенческих программ, которые запускаются в ответ на определенные триггеры.

Сторонники механистического подхода к пониманию природы животных часто приводят в пример пчел и муравьев. Ученые давно знают, что эти насекомые не могли бы строить продуманные жилища, защищаться от врагов и обеспечивать своих детей едой, не обладай они широким поведенческим набором. Но до сих пор многим кажется приемлемым считать пчел и муравьев «рефлекторными машинами», не обладающими внутренним представлением о мире и способностью предугадывать даже ближайшее будущее. Считается, что при отсутствии внешних стимулов и внутренних триггеров (например, голода) разум насекомого пуст, а мозг отключен. Насекомые приравниваются к «философским зомби» — гипотетическим существам, полагающимся на рефлексы и алгоритмы без осознания происходящего.

Но, возможно, проблема не в том, что у насекомых нет внутреннего мира, а в том, что они не могут нам об этом рассказать. Нам трудно приоткрыть окно в их разум. Быть может, мы ошибочно приписываем мозгу животных машиноподобные свойства просто потому, что понимаем механизм работы машин, при этом имея лишь фрагментарные и несовершенные знания о том, как обрабатывает, хранит и извлекает информацию даже самый простейший мозг.

Тем не менее известно уже немало признаков наличия подобного сознанию явления не только у людей и высших приматов, но и у насекомых. Не все данные получены в ходе специальных опытов по изучению сознания: многие из них копились в литературе десятки и даже сотни лет, а их истинная значимость оставалась без должного внимания.

На основе этих данных несколько биологов (прежде всего, Ева Яблонка из Тель-Авива и Эндрю Баррон из Сиднея) и философов (Питер Годфри-Смит из Сиднея и Колин Кляйн из Канберры) предполагают, что подобные сознанию явления развились не так поздно, как мы считали ранее. Скорее это древнее эволюционное приобретение, и появилось оно в Кембрийский период около 500 млн лет назад.

В тему: Те, кто похож на людей: что питомцы думают о нас

Мы полагаем, что эволюционно сознание — это адаптация, которая помогала подвижным организмам решать проблему извлечения значимой информации через органы чувств. В постоянно меняющейся и лишь в некоторой степени предсказуемой среде сознание может решать эту проблему лучше бессознательных механизмов. Сознание выполняет массу функций, среди них: ориентация во времени и пространстве, способность к самоузнаванию, прогнозирование, эмоции, нисходящая обработка сенсорной информации (восприятие объекта целиком с опорой на предыдущий опыт — прим. Newочём). В статье Animal Minds (1992) американский зоолог Дональд Гриффин писал: «Условия окружающей среды разнятся так сильно, что если бы в мозгу животного было запрограммировано оптимальное поведение во всех возможных ситуациях, ему бы потребовалась слишком длинная инструкция».

У пчел, например, есть своего рода язык, с помощью которого они передают точные координаты источников питания. Это язык танца: вернувшись с добротного цветочного участка, пчела-разведчица исполняет на вертикальных сотах в темноте улья повторяющуюся последовательность движений. Остальные пчелы внимательно за ними следят. Сначала преуспевшая добытчица проходит несколько сантиметров вперед по прямой, затем по полукругу налево — назад к исходной точке, еще раз пробегает по той же прямой и снова поворачивает к началу, но уже вправо. Продолжительность прохода по прямой сообщает другим пчелам расстояние до источника пищи (одна секунда танца примерно равна одному километру полета до цели). Движение относительно направления силы тяжести отвечает за движение относительно Солнца: например, если пчела бежит вверх, другие пчелы понимают: лететь надо к Солнцу (если вниз —  от него).

Это открытие в 1945 году принесло австрийскому этологу Карлу фон Фришу Нобелевскую премию по физиологии и медицине. Само по себе такое общение не указывает на наличие сознания и не требует его. Однако десять лет спустя один из студентов Фриша, Мартин Линдауэр, пристально всмотрелся в пчелиный улей ночью и обнаружил, что некоторые пчелы рассказывают о местонахождении богатых пищей мест, найденных накануне. До полуночи они «говорили» о местах, где побывали прошлым вечером, а за несколько часов до восхода «обсуждали» те, что посетили прошлым утром.

Эти пчелы извлекали пространственные воспоминания без всякого контекста, в то время, когда не было возможности добывать пищу и, следовательно, не было потребности в общении. Смысл этих действий неясен. Возможно, они просто «подумали» об этих местах среди ночи. А может, общение — это способ закрепить пространственную информацию в памяти. Впоследствии ученые обнаружили, что таким образом во время глубокого сна воспоминания пчелы о вчерашнем дне улучшаются. Может быть, пчелы не только думают и «общаются», но и видят сны?

Главный вывод из открытия Линдауэра заключается в том, что пчелы способны думать о положении в пространстве в «автономном режиме», а также без внешнего влияния связывать эти места со временем суток. Это было бы невозможно, если бы воспоминания пчел вызывались воздействием окружающих стимулов в сочетании с голодом или иными внутренними триггерами. Таким образом, пчелы обладают по крайней мере одним из признаков сознания: ориентацией во времени и пространстве.

Еще одна базовая особенность биологического сознания — самоузнавание. Оно лежит в основе способности отличать себя от других объектов, а также способности планировать, концентрировать внимание, хранить воспоминания о конкретных событиях и представлять себя на месте другого существа. Такие способности демонстрируют многие животные, например, человекообразные обезьяны и представители семейства врановых.

Без мало-мальски развитого самоузнавания животные не смогли бы отличать сигналы, поступающие из внешнего мира, от сигналов, поступивших в результате осознанных действий. Представьте, что изображение на сетчатке внезапно наклоняется на 45 градусов. Если это результат намеренного наклона головы, все в порядке. А вот если головой вы не двигали, то, возможно, вы в эпицентре землетрясения и лучше бы бежать.

Считается, что животные видят разницу между этими двумя сценариями благодаря так называемой «эфферентной копии». Эфферентная копия — это внутренний сигнал о последствиях совершённых действий, позволяющий отличать изменения, вызванные собственными движениями, от изменений вследствие внешних сил. В нормальных условиях при осознанном повороте головы животное ожидает, что окружающая среда будет двигаться привычным образом. Это позволяет предугадывать, что произойдет в результате того или иного действия или намерения.

В тему: Насколько умны животные?

Ранние версии теории об эфферентных копиях выдвигались еще в 19 веке, но впервые термин появился в работах немецких биологов Эриха фон Гольста и Горста Миттельштедта, которые начали изучать мух. В одном из экспериментов 1950 года они инвертировали сигнал с левого и правого глаз мухи, воспользовавшись довольно грубым (и жестоким) методом: тонкую шею мухи повернули на 180 градусов, а затем приклеили голову на место вверх тормашками. Теперь, когда насекомое поворачивало направо или налево, поступающие сигналы оказывались противоположны ожидаемым. (Изображение не переворачивалось вверх дном, потому что экспериментальная среда состояла из вертикальных прямых. Так что в этом смысле для мухи ничего не изменилось.) Лишенная способности предвидеть результаты собственных действий, муха вела себя беспорядочно. Авторы сделали вывод: «В результате наблюдаем явный крах ЦНС!» Похоже, когда голова находится в нормальном положении, насекомое получает еще один ключевой компонент сознания: способность предугадать, что произойдет в результате его собственных движений. Это позволяет ему двигаться и принимать решения эффективно.

Есть и свидетельство того, что насекомые не просто обладают  встроенной «инструкцией». Экспериментаторы проверили эту гипотезу, поручив насекомым задачи, с которыми их предки столкнуться никак не могли. Более 200 лет назад слепой натуралист Франсуа Юбер (работавший с женой Мари-Эме Люллен и слугой Франсуа Бюрненом) высказал предположение о том, что пчелы при строительстве сот демонстрируют способность к прогнозированию.

Пока пчелы занимались созданием сот (которые обычно располагаются в горизонтальной плоскости), команда Юбера поместила на пути строительства стеклянные панели (на стекло воск крепится плохо). Корректирующие действия пчелы начали задолго до того, как добрались до стекла. Они развернули всю конструкцию на 90 градусов, чтобы прикрепить соты на ближайшую деревянную поверхность. По всей видимости, пчелы сделали вывод из сложившейся ситуации и попытались избежать неоптимального результата.

Однажды зимой команда ученого обнаружила, что несколько сот с верхней части улья упали. В холодное время года пчелы обычно находятся в состоянии покоя. Строительство сот приостанавливается, активность снижается, чтобы запасов еды хватило до весны. Однако в этой ситуации пчелы не только вернулись в активное состояние, чтобы восстановить упавшие соты восковыми подпорками и перекрытиями, но и усилили крепление других сот на стеклянной поверхности — вероятно, для того, чтобы похожая неприятность не произошла снова. Если такая предусмотрительность будет подтверждена экспериментально с помощью современных методов и на выборках большего размера, то это будет напрямую указывать на наличие сознания. В описанном случае предусмотрительность распространяется далеко за пределы ближайшего будущего.

В недавней работе изучалась способность шмелей использовать орудия: насекомым требовалось переместить маленький шарик в определенное место, за что полагалась сладкая награда. Шмели использовали социальное обучение — наблюдали за «экспертами». Первые увидели, что для получения награды можно переместить один из шариков (самый дальний от центра) в центральную зону. Позже, когда эксперимент проводился без экспертов, наблюдатели выбирали не самый дальний от центра, а самый ближний к нему. Его выбирали даже в том случае, когда ближайший шарик был черного цвета, а не желтого, который насекомые видели во время тренировки. Что важно, сами наблюдатели ранее с шариками не взаимодействовали (то есть для обучения методом проб и ошибок возможности не было). Результаты показали, что шмели не просто повторяли выученное, а на ходу улучшали стратегию, использованную «экспертом». Предположим, что они понимали ценность результата своих действий («шарик в нужном месте»).

Значит, пчелы могут не только планировать, но и представлять? Они совершенно точно могут ассоциировать визуальную информацию (например, от цветка) с нектаром. Но не факт, что в их сознании возникают маленькие изображения цветов. В исследовании 2017 года рассматривались искусственные нейронные сети, смоделированные на основе мозга пчелы. В их состав были включены два простых детектора признаков — два вида нейронов, каждый из которых особенно чувствителен к линиям и границам объектов, идущим в определенном направлении. Эти алгоритмы способны распознавать сложные структуры, например, круг, разделенный на четыре части, в каждой из которых под разным углом располагаются полосы. Пчела может сохранять в памяти эти сложные структуры, просто запоминая сигналы от нейронов. Всю картинку ей хранить не нужно.

Однако недавний эксперимент показал, что пчелы действительно способны вспоминать детали структуры, даже когда самой структуры рядом нет. Пчел сначала обучали различать два типа искусственных цветов, которые на вид были одинаковыми, но обладали «невидимым узором»: в них в форме круга или креста были проделаны отверстия, которые затем снабдили запахом. Пчелы смогли различить эти формы с помощью усиков. Что самое удивительное, если экспериментатор делал круги и кресты видимыми, пчелы сразу же узнавали изображение, которое ранее было представлено лишь неосязаемым ароматом. Это может указывать на то, что пчела не просто распознает изображения, опираясь на данные с детекторов зрительной системы, в ее мозгу возникает образ наблюдаемой формы.

Пчелы также проявляют оптимистичные и пессимистичные настроения. В рамках испытаний пчелам сначала показывали, что один стимул (голубой цвет) связан с получением сладкой награды, а другой (зеленый) нет. Затем они сталкивались с промежуточным стимулом (в данном случае бирюзовым). Удивительно, но если перед этим они получали неожиданную награду (крошечную капельку сахарного раствора), то на такой неопределенный стимул они реагировали с оптимистичным настроем «стакан наполовину полон». Но если сначала пчеле пришлось пострадать от чего-то неожиданного и неприятного, то на промежуточный стимул она отвечала в пессимистичной манере «стакан наполовину пуст».

Значит, помимо сознания у насекомых может быть и настроение. Психотропные препараты доступны не только людям. Насекомые тоже могут подвергаться их воздействию. Ингаляционная анестезия, препараты, подавляющие аппетит, депрессанты и галлюциногены производятся различными растениями и грибами. Это не только случайные побочные продукты бимолекулярных процессов, но и защита от растительноядных организмов. Но это не единственная их функция. Известно, что пчелы предпочитают цветы, в нектаре которых содержится небольшое количество никотина.

Молекулярный биолог Галит Шохат-Офир из Университета имени Бар-Илана (Израиль) и ее коллеги выяснили, что плодовые мушки, лишенные возможности спариваться, для борьбы со стрессом целенаправленно ищут спирт, который широко представлен в природе в составе забродивших фруктов. Можно предположить, что в царстве животных широко распространено намеренное «регулирование ощущений» или даже «регулирование настроения», что подтверждает гипотезу о наличии у них субъективного опыта. Важно исключить альтернативные объяснения: поведение может изменяться через непосредственное влияние на передачу нервных импульсов или пищеварительную систему. Тем не менее влияние психотропных веществ на насекомых — многообещающее направление для будущих исследований. Ведь зачем организму искать вещество, изменяющее сознание, если сознания нет?

Единственный аргумент против гипотезы о наличии сознания у насекомых состоит в том, что их мозг слишком мал. Но на момент написания статьи биологический индикатор сознания у человека, так называемый «нейронный коррелят сознания» (НКС), еще не был выявлен. Поэтому человек не может в качестве аргумента приводить отсутствие у насекомых человеческого НКС. Но мы точно можем сказать, что нервная система насекомых далека от простоты. Мозг пчелы состоит всего из миллиона нервных клеток (что очень мало в сравнении с мозгом человека, в котором их 85 млрд), однако некоторые нейроны имеют настолько сложную разветвленность, что могут соперничать со взрослым дубом. В мозгу пчелы может образовываться до миллиарда синапсов (соединений между нейронами, которые формируются с приобретением опыта).

С точки зрения разнообразия строительных блоков, одна только зрительная система даже самой простой плодовой мушки состоит из более чем 150 типов нейронов. Для сравнения: в человеческой сетчатке их менее ста. «Зоологи, анатомы и психологи, несомненно, недооценили насекомых, — писал лауреат Нобелевской премии, нейробиолог Сантьяго Рамон-и-Кахаль в своих мемуарах начала 20 века. — В сравнении с сетчаткой этих на вид бесхитростных обитателей животного мира, сетчатка птиц или высших млекопитающих представляется чем-то топорным, грубым и, как это ни прискорбно, примитивным».

Помимо сложности, мозг насекомых обладает и другими психологическими свойствами, без которых невозможно сознание. У рефлекторных машин поток информации должен идти от органов чувств к механизмам, отвечающим за контроль движений. Но у насекомых действует слишком много нисходящих процессов: нейроны посылают сигналы из центральной части нервной системы в периферическую.

Нисходящие процессы участвуют в работе явлений, похожих на внимание. Внимание позволяет животным фокусироваться на важных стимулах (например, знакомых цветах, если это пчела) и не обращать внимания на другие (например, незнакомые цветы). Нейробиолог Бруно ван Свиндерен из Квинслендского университета решил это проверить. Он поместил пчел в виртуальную реальность, которой они могли управлять, и измерил их мозговую активность. Структура нейронной активности, которую обнаружили его коллеги, отвечала за фокусировку внимания на том или ином объекте. Также ученые заметили, что выбору того или иного стимула предшествуют вполне определенные состояния мозга. Для изучения сознания особый интерес представляет любая активность, возникающая «внутри мозга», то есть в отсутствие внешних стимулов или отдельно от них.

Команда ван Свиндерена также установила, что мозг мухи испускает несколько типов волн, в том числе во сне. Подобно человеку, у которого фазы глубокого и быстрого сна сопровождаются электрическими колебаниями разной частоты, у мух в разные фазы сна активность мозга неодинакова. Мозг насекомых никогда не «отключается». Похоже, как и пчелы, мухи видят что-то вроде снов.

Биолог Льюис Хелд из Техасского технологического университета считает, что для явно отличных друг от друга структур, выполняющих одни и те же функции (например, глаз), характерна так называемая глубокая гомология. Вместо того чтобы рассматривать эти явления как примеры конвергентной эволюции, при которой признаки возникают независимо, Хелд и его коллеги обнаружили свидетельства существования общей генетической основы, которая порождает эти признаки во всем разнообразии форм. Мы, например, не наследуем ноги и глаза ни от насекомых, ни от общего с ними предка. Общий предок человека и мухи — неизвестный безногий червь кембрийского периода. Однако и у человека, и у мухи есть голова, грудная клетка, желудок, ноги и органы чувств.

Есть объяснение получше: от общего предка мы по крайней мере частично  унаследовали генетические модули и программы развития, отвечающие за указанные признаки.  Это наблюдение относится и к мозгу. Анатомические и функциональные сходства между «центральным комплексом» мозга насекомого и «базальными ядрами» позвоночных поразительны и указывают на их общее происхождение. Дефекты в этих системах приводят к двигательным нарушениям, ухудшению памяти,  дефициту внимания, эмоциональным расстройствам и беспокойному сну. По мнению Баррона и Кляйна, центральный комплекс — подходящий кандидат на роль носителя субъективного опыта у насекомых.

А что можно сказать о наличии сознания у более примитивных существ, не относящихся к животным? В середине 19 века Чарльз Дарвин написал о наличии у нечеловекоподобных существ не только эмоций и морали, но тяги к красоте и использование последней при половом отборе. Дарвин предположил, что планарии (плоские черви), у которых есть центральная нервная система, должны обладать и некоторой формой сознания. В книге «Способность к движению у растений» (1880) он продолжил свою мысль и сравнил мозг животного и зародышевый (или стержневой) корень растения. Последнему, чтобы закрепиться на подходящем месте или добраться до наилучших источников питания, необходимо каким-то образом опробовать и оценить разные варианты.

В тему: Что такое бортничество и почему пчелы должны стать новой визитной карточкой Украины

Этой гипотезой недавно начал заниматься биолог Франтишек Балушка из Боннского университета, но аргументы в пользу наличия сознания у растений куда слабее аргументов в пользу его наличии у насекомых. Части растений могут двигаться, стебли могут виться и сгибаться, но сами растения передвигаться не могут. Для большинства задач им нет необходимости ориентироваться в пространстве — а это мы считаем обязательным для развития способности к отделению себя от окружающего мира.

Прежде чем мы припишем наличие сознания всем животным без исключения, нужно устранить еще одно замечание. Оно заключается в том, что человеческое поведение зависит от подсознательных процессов, о которых мы часто не подозреваем. На наши поступки в удивительной степени оказывают влияние стимулы, которые мы не осознаем. Более того, было обнаружено, что «принятие решения» не предшествует нашим действиям и не происходит параллельно, а следует за ними спустя некоторое время. Согласно некоторым интерпретациям, это значит, что сознание никак не влияет на поведение, что это эпифеномен. Возможно, мозг сам собирает и оценивает окружающие стимулы и информацию из памяти, рассчитывает наилучшее поведение и делает выбор за нас, инициируя действие. Если сознание на самом деле безучастно, утверждение о том, что оно необходимо животным для жизни, несостоятельно. А может, то, для чего сознание необходимо нам,  у них уже полностью автоматизировано.

В любом случае эти доводы не противоречат возможности широкого распространения сознания в животном мире. Несмотря на чудеса бессознательной обработки информации, очевидно, что человек не может питаться, защищаться, размножаться, общаться с себе подобными или находить путь к нужному месту без осознания мира вокруг себя. Хотя есть впечатляющие примеры псевдослепоты (когда люди с поврежденной зрительной корой могут различать предметы с большей точностью, чем при случайной догадке), нельзя сказать, что такие люди лишены сознания. Конечно, ни спящий, ни поврежденный мозг не занимается сбором, оценкой и обработкой информации. Но нет никаких оснований полагать, что сознание можно «убрать» из мозга, успешно выполняющего свои функции. С задачами, которые ставит перед живыми существами окружающий мир, обычно сталкивается организм с рабочими мозгом и сознанием.

Сознание — изобретение эволюции, такое же, как крылья или легкие. Оно полезно для нас, а потому может быть полезно и для других организмов, имеющих вследствие глубокой гомологии схожие с нашими признаки. У них те же проблемы: нужно передвигаться, исследовать окружающую среду, запоминать, прогнозировать и преодолевать непредвиденные трудности. Если применить к насекомым те же поведенческие и когнитивные критерии, что и к позвоночным животным с гораздо большим мозгом, то их можно отнести к обладателям сознания с не меньшей уверенностью, чем кошек или пса Рене Декарта.

—

Оригинал: Aeon

Авторы: 

• Ларс Читтка — профессор сенсорной и поведенческой экологии Лондонского университета королевы Марии, а также научный сотрудник института перспективных исследований в Берлине. Его книга The mind of the Bee (2019) выйдет в издательстве Princeton University Press.
• Кэтрин Уилсон — главный внештатный преподаватель в отделении аспирантуры Городского университета Нью-Йорка. Недавно получила звание почетного профессора философии Йоркского университета. Работала научным сотрудником в Институте перспективных исследований в Берлине в течение 2017-2018 учебного года. Ее книга How to be Epicurean (2019) выйдет в издательстве HarperCollins.

Под редакцией Салли Дэвис

Переводили: Екатерина Егина и Мария Елистратова

Редактировали: Александр Иванков и Анастасия Железнякова

Источник: Newочём

В тему:

• Умнейшие животные мира
• У динозавров были куриные мозги ...И это, между прочим, комплимент!
• Увидеть кракена живым и … умереть. Сага о гигантских кальмарах
• Убивающие себя животные — не самоубийцы. А кто же?
• Как мы проедаем планету. 7 мест на Земле, где от рыбы осталось только название