Согласно свежему исследованию, опубликованному в журнале iScience, аргентинские муравьи (Linepithema humile), получившие доступ к сладкому раствору с добавлением кофеина, демонстрируют значительно улучшенные навигационные способности. Эти насекомые начинают выбирать более прямые маршруты к источнику пищи, хотя их скорость передвижения не увеличивается. Данный факт указывает на то, что кофеин, воздействуя на когнитивные функции, усиливает способность к обучению и запоминанию локаций. Полученные результаты открывают перспективы для разработки новых, более эффективных методов борьбы с этим инвазивным видом, делая отравленные приманки привлекательнее для колоний.
Инициатором проекта выступил Энрике Галанте, докторант и специалист в области вычислительной биологии из Регенсбургского университета. «Исходная идея заключалась в поиске когнитивного механизма, который заставил бы муравьев активнее потреблять ядовитые приманки, размещаемые в полевых условиях, — пояснил Галанте. — Мы установили, что умеренные дозы кофеина не препятствуют обучению, а, напротив, стимулируют насекомых к движению по более прямому пути и ускоряют процесс формирования устойчивой ассоциации».
Лабораторный эксперимент с различными дозировками
Для проверки гипотезы ученые создали контролируемые условия эксперимента. Муравьи должны были преодолеть небольшой мост, собранный из деталей Lego, чтобы попасть на тестовую площадку — лист бумаги формата А4, размещенный на акриловой подложке. В качестве награды насекомым предлагалась капля сахарного раствора, содержащего кофеин в одной из четырех концентраций: 0, 25, 250 или 2000 частей на миллион.
Как отметили исследователи, самая низкая доза соответствует естественному содержанию кофеина в некоторых растениях, промежуточная — аналогична концентрациям в энергетических напитках, а наивысшая является токсичной. После того как муравей находил раствор, его путь обратно в гнездо тщательно фиксировался и анализировался.
Аргентинские муравьи признаны одним из наиболее агрессивных и разрушительных инвазивных видов в глобальном масштабе. Традиционные методы борьбы, основанные на расстановке отравленных приманок, часто оказываются малоэффективными, поскольку колонии могут либо игнорировать приманку, либо быстро распознавать в ней угрозу, прекращая её распространение внутри гнезда. Ученые предположили, что кофеин, чья способность улучшать обучаемость уже была доказана на примере пчел, может помочь муравьям лучше запоминать расположение приманок и активнее привлекать к ним сородичей.
«Наша задача — научить их быстрее находить эти приманки, — объясняет Галанте. — Чем оперативнее муравей возвращается к источнику, тем больше феромонных следов он оставляет. Это, в свою очередь, привлекает больше особей из колонии и ускоряет распространение яда до того, как будет распознана его опасная природа».
Таким образом, умеренные дозы кофеина, не вызывающие отторжения, могут стать ключом к созданию нового поколения средств для контроля численности вредителей, повышая не привлекательность, а эффективность запоминания и коммуникации внутри колонии.
енная на уровне LD50 для пчел — где половина пчел, кормили этой дозой, умирают — поэтому это, вероятно, будет для них весьма токсично», — сказал он. — говорит Галанте.
Команда отслеживала движение каждого муравья с помощью автоматизированной системы, измеряя время в пути, так и то, по-видимому, были их пути. Всего приняли участие 142 муравья, каждый из которых выполнил по четыре испытания. Между испытаниями муравьи могли загружать готовые продукты, а поверхность для тестирования заменяли, чтобы они не могли победить по своим собственным феромонным следам.
Более простой путь, более быстрое обучение
Муравьи, получавшие только сахар, со временем показали небольшое улучшение, которое указывает на то, что они недостаточно эффективно запоминали местонахождение награды. Напротив, муравьи, которым давали небольшое или умеренное количество кофеина, быстро становились более эффективными.
У муравьев, подвергшихся воздействию солнечного кофе в стаканах с 25 промилле, время поиска еды ограничивалось 28 процентами с каждым посещением. При 250 ppm улучшение достигло 38 процентов. Например, Муравью, начальная стадия потребовалась 300 секунд, чтобы получить награду, в последнем испытании сократите это время до 113 секунд при более низкой дозе и всего до 54 секунд при средней дозе. Самый высокий уровень кофеина не дал такой же пользы.
Скорость важна
Улучшение, не связанное с развитием скорости. Вместо этого муравьи, употребляя кофеин, следовали более строгим маршрутам, что предполагает более сильную устойчивость и ограничение пространственной памяти. Их темп оставался неизменным при всех дозах, но их пути стали менее извилистыми при низком и среднем уровне кофеина.
"Мы видим, что они не движутся быстрее, они просто больше сосредоточены на том, куда идут" — говорит Галанте. «Это говорит о том, что они знают, хотят следовать, следовательно, они узнали, где находится награда».
Кофеин не влиял на это, на данный момент эффективно муравьи возвращались в свое гнездо (насколько они эффективно возвращались в гнездо), хотя состояние всех муравьев со временем немного сдерживалось, независимо от кофеина.
Потенциальный новый инструмент для борьбы с вредителями
Результаты показывают, что кофеин может сыграть роль в улучшении стратегии борьбы с вредителями аргентинских муравьев. Чтобы муравьям быстрее обучались местам для приманок и привлекали больше соседей по дому, кофеин может повысить эффективность распространения в колониях до того, как муравьи его обнаружат.
Исследователи предупреждают, что необходимо провести дополнительную работу, прежде чем применять этот подход в обычных условиях. Продолжающиеся исследования показывают приманку с повышенным содержанием кофеина в открытой зоне в Испании и изучают, как кофеин взаимодействует с самим собой.
Это исследование было проведено под контролем исследовательского совета Deutsche Forschungsgemeinschaft и Регенсбургского университета.