Некоторые пчелы видят мир с поразительной точностью

Фото из открытых источников

Мелкие виды пчел могут обладать удивительно острым зрением, что доказывает, что для четкого зрения не всегда нужны большие глаза.

Пчелы используют зрение во многих аспектах своей повседневной жизни. Они полагаются на увиденное, чтобы находить пищу, возвращаться в свои гнезда, избегать хищников и замечать других пчел.

На протяжении десятилетий медоносные пчелы были основным видом, используемым для изучения работы пчелиного зрения. Но известно более 20 000 видов пчел, и их глаза могут функционировать совершенно по-разному. Новые исследования показывают, что некоторые мелкие пчелы способны различать удивительно мелкие детали. В некоторых тестах их зрение оказалось даже острее, чем у рабочих медоносных пчел.

Исследователи из Лундского университета изучили три вида одиночных пчел и один вид шмелей. Одиночные пчелы живут преимущественно поодиночке, а не образуют большие колонии, как медоносные пчелы.

Команда изучила шмеля Bombus terrestris , шерстяную пчелу Anthidium manicatum, четырехполосную цветочную пчелу Anthophora Quadrimaculata и австралийскую синеполосую пчелу Amegilla murrayensis .

Исследователи изучили как мужчин, так и женщин.

Затем они сравнили эти результаты с более ранними измерениями, проведенными на рабочих и самцах медоносных пчел, которых называют трутнями. Это позволило им увидеть, как разные виды пчел ведут себя в схожих условиях тестирования.

Пчелы имеют сложные глаза, состоящие из множества мелких зрительных единиц. Каждый из этих нейронов содержит светочувствительные клетки, называемые фоторецепторами, которые преобразуют свет в электрические сигналы, обрабатываемые нервной системой.

Исследователи записали электрические сигналы от отдельных фоторецепторов живых пчел. Насекомых поместили перед ярким экраном компьютера, в то время как по нему двигались небольшие темные объекты.

Команда изменяла размер и положение этих объектов, чтобы посмотреть, как реагирует каждый фоторецептор. Это позволило им оценить, насколько четко клетки могут различать мелкие визуальные детали.

Они также измерили величину движущегося объекта, который создавал сигнал, достаточно сильный, чтобы выделяться на фоне обычных электрических помех в клетке. Это дало исследователям еще один способ измерить, насколько хорошо каждая пчела способна обнаруживать крошечные цели.

У всех четырех недавно исследованных видов наблюдалось более высокое разрешение фоторецепторов, чем у рабочих медоносных пчел. Это было справедливо как для самцов, так и для самок.

Наиболее четкая реакция наблюдалась у самцов и самок синеполосых пчел. Самцы видов Anthidium и Anthophora также продемонстрировали особенно высокое визуальное разрешение. В этих измерениях меньший угол обзора означает, что фоторецептор может различать более мелкие детали.

В некоторых отдельных клетках самцов пчел родов Anthidium и Anthophora значения температуры достигали величины, близкой к одному градусу, при этом аналогично высокие показатели наблюдались и у пчел с синими полосами. Результаты опровергают идею о том, что пчеле для острого зрения необходимы большие размеры тела или большие глаза. Более мелкие виды могут достигать высоких показателей зрения за счет других особенностей своих глаз.

Австралийская синеполосая пчела показала один из самых впечатляющих результатов. Она способна обнаруживать очень мелкие движущиеся объекты почти так же хорошо, как трутни медоносных пчел, хотя синеполосая пчела значительно меньше по размеру.

«Нас особенно удивило, что маленькая синеполосая пчела, несмотря на свои гораздо меньшие размеры, способна обнаруживать объекты так же хорошо, как и трутни медоносных пчел», — сказала Элиза Ригоси из Лундского университета.

Трутни медоносных пчел известны своим острым зрением, поскольку им необходимо находить и преследовать маток во время брачных полетов. Их большие глаза хорошо приспособлены для обнаружения мелких движущихся целей.

Синеполосая пчела показала аналогичные результаты в обнаружении целей, несмотря на то, что у нее не такие большие глаза. Это говорит о том, что размер глаз сам по себе не определяет четкость зрения пчелы.

Исследовательская группа изучила несколько частей глаза, чтобы понять, почему у разных видов наблюдаются разные особенности поведения. Они измерили общий размер глаза, размер отдельных поверхностных линз и плотность расположения зрительных единиц глаза.

Они также измерили рабдом — светоулавливающую структуру внутри каждого фоторецептора. Его ширина может влиять на баланс между сбором света и восприятием мелких деталей. Общий размер глаза не имел четкой взаимосвязи с остротой фоторецепторов. Размер поверхностных линз также не полностью объяснял различия между видами.

Ширина рабдомов показала более четкую закономерность. Более узкие рабдомы были связаны с более четким пространственным зрением, в то время как более широкие рабдомы могут собирать больше света, но могут снижать детализацию изображения.

Результаты показывают, что существует не один способ формирования высокоэффективного глаза у пчел. Разные виды, по-видимому, по-разному балансируют структуру глаза, светочувствительность и детализацию изображения.

Самцы пчел рода Anthidium, по-видимому, уделяют большое внимание мелким визуальным деталям.

Трутни медоносных пчел сочетают в себе большие линзы на поверхности с плотным визуальным сканированием, в то время как синеполосые пчелы достигают высокой точности обнаружения целей благодаря меньшим глазам и низкому уровню электрического шума в фоторецепторах.

В исследовании также принимал участие Дэвид О'Кэрролл, профессор биологии Лундского университета.

«Единого рецепта хорошего зрения у пчел не существует. Разные виды достигли различных комбинаций признаков, обеспечивающих высокую остроту зрения», — сказал О'Кэрролл.

Эти различия позволяют предположить, что форма глаз пчел может частично зависеть от задач, которые выполняет каждый вид. Пчелы, преследующие партнеров, защищающие территории или перемещающиеся в разных условиях, могут использовать разные типы зрительной системы.

Большая часть знаний о зрении насекомых получена на основе изучения небольшого числа хорошо изученных видов, особенно медоносных пчел. Изучение большего числа видов может выявить способности, которые в противном случае остались бы скрытыми.

«Зрение пчел гораздо разнообразнее, чем считалось ранее. Изучая больше видов, мы видим, что эволюция выработала множество способов достижения высокой зрительной эффективности», — говорит Ригоси.

Полученные результаты также могут помочь людям понять, как небольшие системы визуального восприятия могут эффективно работать. Различные конструкции «пчелиных глаз» могут предложить полезные идеи для систем искусственного зрения или небольших роботов, которым необходимы компактные и энергоэффективные датчики.

Однако полученные результаты не означают, что каждая мелкая пчела обладает более острым зрением, чем медоносная пчела. Исследователи выбрали ограниченную группу видов, поэтому результаты не могут описать все тысячи видов пчел по всему миру.

Лабораторные исследования также не могут в полной мере воспроизвести условия, с которыми пчелы сталкиваются на открытом воздухе. Экраны компьютеров, используемые в экспериментах, были намного тусклее яркого солнечного света, поэтому некоторые пчелы могли обнаруживать даже более мелкие цели в естественных условиях.

Прямые измерения электрического шума были доступны только для 27 процентов фоторецепторов каждого вида и пола. В тех случаях, когда прямые измерения были недоступны, исследователи использовали средний уровень шума для данной группы.

Для понимания того, насколько широко распространены эти закономерности, потребуется больше видов и более подробные карты различных частей глаз пчел. На данный момент результаты показывают, что острота зрения пчел не зависит от какой-либо простой особенности, такой как большие глаза. Различные сочетания размера глаз, структуры клеток, визуальной чувствительности и светочувствительности могут обеспечивать хорошее зрение.