Poznávání hmyzu - Insect cognition

Poznávání hmyzu popisuje mentální schopnosti a studium těchto schopností v hmyz. Pole se vyvinulo z komparativní psychologie kde se rané studie více zaměřovaly chování zvířat.[1] Vědci zkoumali poznávání hmyzu v včely, ovocné mušky, a vosy.[2]  

Výzkumné otázky sestávají z experimentů zaměřených na hodnocení schopností hmyzu s vnímáním,[3][1] Pozornost,[2] paměť (vícenásobné vosí vosy),[1] prostorové poznání,[1][4] použití nástrojů,[2] řešení problému,[2] a koncepty.[5][2] Na rozdíl od chování zvířat koncept skupinové poznání hraje velkou roli ve studiích hmyzu.[6][7][5] Předpokládá se, že některé třídy hmyzu, jako jsou mravenci a včely, přemýšlejí o společném poznání ve svých společnostech;[6][7] novější studie ukazují, že individuální poznání existuje a hraje roli v celkovém kognitivním úkolu ve skupině.[3] Experimenty s poznáváním hmyzu byly v posledním desetiletí častější než dříve.[2] Je logické pochopit kognitivní schopnosti jako adaptace na různé ekologické mezery pod the Kognitivní schopnost podle druhů při analýze chování to znamená vnímat chování jako adaptace na prostředí jednotlivce a nevážit je pokročileji ve srovnání s jinými různými jedinci.[8]

Poznávání shánění hmyzu

Hmyz pást na žlutém květu

Hmyz obývají mnoho různorodých a složitých prostředí, ve kterých musí najít jídlo. Poznání tvaruje, jak hmyz přichází k nalezení potravy. Mnoho vědeckých výzkumů bylo zaměřeno na konkrétní kognitivní schopnosti, které hmyz používá při hledání potravy.[9] The sociální hmyz jsou často studovanými předměty a hodně bylo objeveno o inteligenci hmyzu zkoumáním schopností včela druh.[10][2] Ovocné mušky jsou také běžnými studijními předměty.[11]

Učení a paměť

Učení se předsudky

Prostřednictvím učení může hmyz zvýšit svoji efektivitu shánění potravy, což zkracuje čas strávený hledáním potravy, což umožňuje více času a energie investovat do jiných zdatnost související činnosti, jako je hledání partnerů. Záleží na ekologie hmyzu mohou být použita určitá narážka k naučení rychle identifikovat zdroje potravy. V průběhu evolučního času se může u hmyzu vyvinout vývojové předsudky, které odrážejí zdroj potravy, kterým se živí. Předsudky v učení umožňují hmyzu rychle spojit relevantní rysy prostředí, které souvisejí s potravinami. Například včely mají nezjištěnou preferenci vyzařujících a symetrických vzorů - rysy přírodních květin se včely pasou.[12] Kromě toho mají včely, které nemají žádné zkušenosti s hledáním potravy, tendenci mít odnaučené preference barev, které by se zkušený sekač rychleji naučil. Tyto barvy mají tendenci být barvami vysoce obohacujících květin v konkrétním prostředí.[13]

Časoprostorové učení

Kromě typičtějších narážek, jako je barva a vůně, je hmyz schopen použít čas jako potravní tágo.[14] Čas je obzvláště důležitým vodítkem opylovače. Opylovači se pasou na květinách, které mají tendenci se předvídatelně měnit v čase a prostoru, v závislosti na druhu květu, opylovači se mohou naučit načasování kvetení druhů květů, aby vyvinuli účinnější způsoby hledání potravy. Včely se učí, kdy a v jakých oblastech jsou stránky odměňovány, a na základě denní doby mění své preference pro konkrétní stránky.[15] Ukázalo se, že tyto časové preference jsou spojeny s a cirkadiánní hodiny u některých druhů hmyzu. Při absenci externích signálů včely stále ukazují posun v preferenci odměny v závislosti na čase, který silně implikuje vnitřní mechanismus udržování času, tj. cirkadiánní hodiny, při modulování naučené preference.[16] Kromě toho si včely mohou nejen pamatovat, kdy je konkrétní stránka odměňující, ale také si mohou pamatovat, kdy je několik různých lokalit ziskových.[17] Určitý motýl druhy také ukazují důkazy pro učení se časoprostoru kvůli jejich trap-line pást chování.[18] To je případ, kdy zvíře důsledně navštěvuje stejná místa pro vyhledávání potravy postupně po několik dní a je považováno za sugestivní pro schopnost učit se v určitém čase.

Inovační kapacita

Čmelák se zkušenostmi v úkolu tahání provázků táhne provázek za umělou modrou květinu naplněnou roztokem cukru[19]

Hmyz je také schopen inovací v chování. Inovace je definováno jako vytvoření nového nebo upraveného naučeného chování, které nebylo v populaci dříve nalezeno.[20] Inovativní schopnosti lze u hmyzu experimentálně studovat pomocí úkolů při řešení problémů.[21] Když je představen úkol táhnout za provázek, mnoho čmeláků tento úkol nedokáže vyřešit, ale několik z nich může toto řešení inovovat. Ti, kteří zpočátku nemohli úkol vyřešit, se ho mohou naučit sledovat pozorováním včely, která tento úkol řeší. Toto naučené chování se pak může kulturně šířit populacemi včel.[19] Novější studie u hmyzu začaly zkoumat, jaké vlastnosti (např. průzkumná tendence) předpovídají sklon jednotlivého hmyzu být inovátorem.[22]

Sociální aspekty hledání potravy hmyzem

Sociální učení vyhledávacích stránek

Hmyz se může dozvědět něco o hledání potravy pomocí pozorování nebo interakce s jinými jednotlivci, nazývané sociální učení. To bylo prokázáno na čmelácích. Čmeláky přitahují odměňování květin rychleji, pokud jsou obsazeny jinými čmeláky a rychleji se naučí spojovat tento druh květu s odměnou.[23] Vidění stejného druhu na květině zvyšuje preference květin tohoto typu. Čmeláci se navíc budou více spoléhat na sociální podněty, když je úkol obtížný, ve srovnání s jednoduchým úkolem.[24]

Mravenci ukážou specifická místa s potravinami, která objevili v procesu zvaném tandemový běh. Toto je považováno za vzácný případ výuky, specializované formy sociálního učení, v živočišné říši.[25] Výuka zahrnuje důsledné interakce mezi školitelem a žákem a školitel obvykle s sebou nese určitý druh nákladů, aby mohl žákovi předat příslušné informace. V případě tandemového běhu mravenec dočasně snižuje svoji vlastní pást účinnost, aby ukázal žákovi umístění pást místo.

Důkazy pro kumulativní kulturu

Studie na čmelácích poskytly důkazy o tom, že některý hmyz ukazuje počátky kumulativní kultury prostřednictvím zdokonalování existujícího chování do efektivnějších forem. Čmeláci jsou schopni vylepšit úkol, kde musí vytáhnout míč na určité místo, dříve sociálně naučené chování, pomocí optimálnější trasy ve srovnání s cestou, kterou použil jejich demonstrátor.[26] Tuto demonstraci zdokonalení dříve pozorovaného existujícího chování lze považovat za základní formu kumulativní kultury, i když jde o vysoce kontroverzní myšlenku. Je důležité říci, že skutečná kumulativní kultura se těžko projevuje u hmyzu a skutečně u všech druhů. To by vyžadovalo kulturu hromadící se po generace až do bodu, kdy by žádný jednotlivec nemohl samostatně generovat celé chování.[27]

Nervový základ hledání potravy hmyzem

Role těl hub

Schéma těla ovocných mušek

Jednou z důležitých a vysoce studovaných oblastí mozku zapojených do hledání potravy hmyzem jsou houbová těla, struktura zapojená do učení hmyzu a paměťových schopností. Houbové tělo se skládá ze dvou velkých stonků zvaných stopky, které mají na svých koncích miskovité výstupky zvané kalichy. Role těl hub je ve smyslové integraci a asociativním učení.[28] Umožňují hmyzu spárovat smyslové informace a odměnu. Experimenty, při nichž je funkce těl hub narušena ablací, ukazují, že organismy jsou chovány normálně, ale mají poruchu učení. Mouchy s poškozenými těly hub nemohou vytvářet asociaci pachů[29] a švábi s poškozenými těly hub nemohou využívat prostorové informace k vytváření vzpomínek na místa.[30]

Houževnatost těla houby

Houbová těla se mohou během života hmyzu měnit. Existují důkazy, že tyto změny souvisejí s nástupem shánění potravy i se zkušeností s sháněním potravy. V některých Blanokřídlí Když se sestry stanou sekačkami a začnou se shánět kolonii, zvětšují se těla hub.[31] Mladé včely začínají jako zdravotní sestry, které se starají o krmení a hygienu larev úlu. Jak včela stárne, prochází změnami v úkolech od zdravotní sestry k hledačce a nechává úl sbírat pyl. Tento posun v práci vede ke změnám genové exprese v mozku, které jsou spojeny se zvýšením velikosti těla hub.[31] U některých motýlů bylo také prokázáno, že procházejí zvětšením velikosti hub v závislosti na zkušenostech.[32] Období největšího nárůstu velikosti mozku je obvykle spojeno s obdobím učení prostřednictvím zkušeností s hledáním potravy, které demonstruje důležitost této struktury v poznávání potravy při hledání hmyzu.

Vývoj těla hub

Mnohočetné hmyzí taxony nezávisle vyvinuly větší těla hub. Požadavky na prostorové poznávání shánění potravy byly implikovány v případech, kdy se vyvinuly složitější těla hub.[33] Švábi a včely, které jsou v různých řádech, se pasou na velké ploše a využívají prostorové informace k návratu na místa pro shánění potravy a na centrální místa, což pravděpodobně vysvětluje jejich větší těla hub.[34] Porovnejte to s a dipteran jako je ovocná muška Drosophila melanogaster, který má relativně malá těla hub a méně složité požadavky na prostorové učení.

Reference

  1. ^ A b C d Burkhardt RW (1987). „The Journal of Animal Behavior and the early history of animal behavior studies in America“. Journal of Comparative Psychology. 101 (3): 223–230. doi:10.1037/0735-7036.101.3.223. ISSN  0735-7036.
  2. ^ A b C d E F G Perry CJ, Barron AB, Chittka L (2017). „Hranice poznávání hmyzu“. Současný názor na behaviorální vědy. 16: 111–118. doi:10.1016 / j.cobeha.2017.05.011. ISSN  2352-1546.
  3. ^ A b Baracchi D, Lihoreau M, Giurfa M (srpen 2017). „Hmyz má emoce? Některé postřehy od čmeláků“. Hranice v behaviorální neurovědě. 11: 157. doi:10.3389 / fnbeh.2017.00157. PMC  5572325. PMID  28878636.
  4. ^ Blackawton PS, Airzee S, Allen A, Baker S, Berrow A, Blair C a kol. (Duben 2011). „Blackawton bees“. Biologické dopisy. 7 (2): 168–72. doi:10.1098 / rsbl.2010.1056. PMC  3061190. PMID  21177694.
  5. ^ A b Passino KM, Seeley TD, Visscher PK (19. září 2007). "Poznání roje v včelách". Ekologie chování a sociobiologie. 62 (3): 401–414. doi:10.1007 / s00265-007-0468-1. ISSN  0340-5443.
  6. ^ A b Wilson RA (září 2001). „Poznání na úrovni skupiny“. Filozofie vědy. 68 (S3): S262 – S273. doi:10.1086/392914. ISSN  0031-8248.
  7. ^ A b Feinerman O, Korman A (leden 2017). „Individuální versus kolektivní poznání u sociálního hmyzu“. The Journal of Experimental Biology. 220 (Pt 1): 73–82. arXiv:1701.05080. Bibcode:2017arXiv170105080F. doi:10.1242 / jeb.143891. PMC  5226334. PMID  28057830.
  8. ^ Giurfa M (květen 2013). „Poznání s několika neurony: učení vyššího řádu u hmyzu“. Trendy v neurovědách. 36 (5): 285–94. doi:10.1016 / j.tins.2012.12.011. PMID  23375772.
  9. ^ Jones PL, Agrawal AA (leden 2017). "Učení u opylovačů hmyzu a býložravců". Každoroční přezkum entomologie. 62 (1): 53–71. doi:10.1146 / annurev-ento-031616-034903. PMID  27813668.
  10. ^ „Včely mají malý mozek, ale velké nápady“. Scientific American. doi:10.1038 / scientificamericanmind0514-10b.
  11. ^ Maimon G. „Mohly by ovocné mušky odhalit skryté mechanismy mysli?“. Scientific American Blog Network. Citováno 2020-01-30.
  12. ^ Lehrer M, Horridge GA, Zhang SW, Gadagkar R (1995-01-30). "Tvarové vidění u včel: vrozená preference pro květinové vzory". Filozofické transakce Královské společnosti v Londýně. Řada B: Biologické vědy. 347 (1320): 123–137. Bibcode:1995RSPTB.347..123L. doi:10.1098 / rstb.1995.0017. ISSN  0962-8436.
  13. ^ Giurfa M, Nunez J, Chittka L, Menzel R (září 1995). "Barevné preference včel na medu". Journal of Comparative Physiology A. 177 (3). doi:10.1007 / BF00192415. ISSN  0340-7594.
  14. ^ Zhang S, Schwarz S, Pahl M, Zhu H, Tautz J (listopad 2006). „Paměť včel: Včela včela ví, co má dělat a kdy“. The Journal of Experimental Biology. 209 (Pt 22): 4420–8. doi:10.1242 / jeb.02522. PMID  17079712.
  15. ^ Pahl M, Zhu H, Pix W, Tautz J, Zhang S (říjen 2007). „Cirkadiánně načasovaná epizodická paměť - včela ví, co má dělat kdy a také kde“. The Journal of Experimental Biology. 210 (Pt 20): 3559–67. doi:10.1242 / jeb.005488. PMID  17921157.
  16. ^ Zhang S, Schwarz S, Pahl M, Zhu H, Tautz J (listopad 2006). „Paměť včel: Včela včela ví, co má dělat a kdy“. The Journal of Experimental Biology. 209 (Pt 22): 4420–8. doi:10.1242 / jeb.02522. PMID  17079712.
  17. ^ Pahl M, Zhu H, Pix W, Tautz J, Zhang S (říjen 2007). „Cirkadiánně načasovaná epizodická paměť - včela ví, co má dělat kdy a také kde“. The Journal of Experimental Biology. 210 (Pt 20): 3559–67. doi:10.1242 / jeb.005488. PMID  17921157.
  18. ^ Gilbert, Lawrence E. Raven, Peter H. (1980). Koevoluce zvířat a rostlin: Symposium V, První mezinárodní kongres systematické a evoluční biologie, Boulder, Colorado, srpen 1973. University of Texas. ISBN  0-292-71056-9. OCLC  6511746.CS1 maint: více jmen: seznam autorů (odkaz)
  19. ^ A b Alem S, Perry CJ, Zhu X, Loukola OJ, Ingraham T, Søvik E, Chittka L (říjen 2016). Louis M (ed.). „Asociativní mechanismy umožňují sociální učení a kulturní přenos tažení strun u hmyzu“. Biologie PLoS. 14 (10): e1002564. doi:10.1371 / journal.pbio.1002564. PMC  5049772. PMID  27701411.
  20. ^ Reader SM, Laland KN (2003-09-25). „Inovace zvířat: úvod“. Inovace zvířat. Oxford University Press. s. 3–36. doi:10.1093 / acprof: oso / 9780198526223.003.0001. ISBN  978-0-19-852622-3.
  21. ^ Griffin AS, Guez D (listopad 2014). „Inovace a řešení problémů: přezkum společných mechanismů“. Procesy chování. 109 Pt B: 121–34. doi:10.1016 / j.beproc.2014.08.027. PMID  25245306.
  22. ^ Collado MÁ, Menzel R, Sol D, Bartomeus I (2019-12-23). „Inovace osamělých včel jsou poháněny průzkumem, plachostí a úrovní aktivity“. doi:10.1101/2019.12.23.884619. Citovat deník vyžaduje | deník = (Pomoc)
  23. ^ Leadbeater E, Chittka L (06.08.2007). „Dynamika sociálního učení na modelu hmyzu, čmelák (Bombus terrestris)“. Ekologie chování a sociobiologie. 61 (11): 1789–1796. doi:10.1007 / s00265-007-0412-4. ISSN  0340-5443.
  24. ^ Baracchi D, Vasas V, Jamshed Iqbal S, Alem S (2018-01-13). Papaj D (ed.). „Při hledání obtížného úkolu používají čmeláci více sociální podněty.“. Ekologie chování. 29 (1): 186–192. doi:10.1093 / beheco / arx143. ISSN  1045-2249.
  25. ^ Franks NR, Richardson T (leden 2006). „Výuka v tandemových mravencích“. Příroda. 439 (7073): 153. Bibcode:2006 Natur.439..153F. doi:10.1038 / 439153a. PMID  16407943.
  26. ^ Loukola OJ, Perry CJ, Coscos L, Chittka L (únor 2017). „Čmeláci vykazují kognitivní flexibilitu zlepšováním pozorovaného komplexního chování“. Věda. 355 (6327): 833–836. Bibcode:2017Sci ... 355..833L. doi:10.1126 / science.aag2360. PMID  28232576.
  27. ^ Schofield DP, McGrew WC, Takahashi A, Hirata S (prosinec 2017). „Kumulativní kultura u lidí: přehlížená zjištění od japonských opic?“. Primáti. 59 (1): 113–122. Bibcode:2017Sci ... 355..833L. doi:10.1007 / s10329-017-0642-7. PMID  29282581.
  28. ^ Heisenberg M (duben 2003). "Paměť těla hub: od map po modely". Recenze přírody. Neurovědy. 4 (4): 266–75. doi:10.1038 / nrn1074. PMID  12671643.
  29. ^ de Belle JS, Heisenberg M (únor 1994). „Asociativní učení zápachu u Drosophily zrušeno chemickou ablací těl hub“. Věda. 263 (5147): 692–5. Bibcode:1994Sci ... 263..692D. doi:10.1126 / science.8303280. PMID  8303280.
  30. ^ Mizunami M, Weibrecht JM, Strausfeld NJ (1998-12-28). "Houbová těla švába: Jejich účast na místní paměti". The Journal of Comparative Neurology. 402 (4): 520–537. doi:10.1002 / (sici) 1096-9861 (19981228) 402: 4 <520 :: aid-cne6> 3.0.co; 2-k. ISSN  0021-9967.
  31. ^ A b Whitfield CW, Cziko AM, Robinson GE (říjen 2003). "Profily genové exprese v mozku předpovídají chování u jednotlivých včel". Věda. 302 (5643): 296–9. Bibcode:2003Sci ... 302..296W. doi:10.1126 / science.1086807. PMID  14551438.
  32. ^ Montgomery SH, Merrill RM, Ott SR (červen 2016). „Složení mozku u motýlů Heliconius, posteklosní růst a neuropilní plasticita závislá na zkušenostech“. The Journal of Comparative Neurology. 524 (9): 1747–69. doi:10,1002 / cne.23993. hdl:2381/36988. PMID  26918905.
  33. ^ Farris SM, Schulmeister S (březen 2011). „Parazitoidismus, nikoli socialita, je spojen s vývojem komplikovaných hub v tělech blanokřídlého hmyzu“. Řízení. Biologické vědy. 278 (1707): 940–51. doi:10.1098 / rspb.2010.2161. PMC  3049053. PMID  21068044.
  34. ^ Farris SM, Van Dyke JW (prosinec 2015). "Evoluce a funkce těl hmyzích hub: příspěvky ze srovnávacích a modelových systémových studií". Aktuální názor na vědu o hmyzu. 12: 19–25. doi:10.1016 / j.cois.2015.08.006.