Monthly Archives: July 2021

Czy wiesz, że trzmiele potrafią znaleźć wydajne sposoby by piłka znalazła się u celu?

Czy przyglądałeś się kiedyś trzmielowi zbierającemu nektar z kwiatów? Właściwie nie wydaje się to trudnym zadaniem, wymagającym wyszukanych procesów poznawczych.

Jednak trzmiele mają niesamowitą zdolność uczenia się. Nie tylko uczą się, gdzie znaleźć dające nektar kwiaty, ale także jak wykonywać wymyślone przez człowieka sztuczki, które wymagają zachowań niespotykanych w naturze. Nauczyły się na przykład ciągnąć sznurek, przeciągać na bok przykrywki i obracać dyski, by dostać się do nagrody (słodkiej wody).

Niedawno jednak naukowcy (i trzmiele) posunęli się o krok dalej. Naukowcy na różne sposoby zademonstrowali, że piłka u celu (narysowanym na platformie eksperymentalnej kółku) prowadzi do nagrody. Trzmiele szybko nauczyły się przeciągać piłkę do celu, i to w bardziej wydajny sposób niż pokazany w demonstracji.

Zarys doświadczenia

Nauczyciele

Najpierw naukowcy wytrenowali trzmiele, by przesuwały drewnianą, większa od nich, piłkę do celu – demonstratorem był sztuczny owad (na patyku trzymanym przez eksperymentatora) popychający piłkę. Trzmiele załapały o co chodzi, ale wolały ciągnąć piłkę, cofając się z nią, niż ją popychać. Te trzmiele były demonstratorami w nowym doświadczeniu.

Uczniowie

W głównym eksperymencie inne trzmiele zostały podzielone na trzy grupy. Każdy owad z pierwszej grupy mógł obserwować innego trzmiela przeciągającego jedną z trzech dostępnych piłek do celu i razem z nim dostawał nagrodę – kroplę słodkiej wody. Owady z drugiej grupy widziały piłkę, która „sama” przesuwała się do celu (za pomocą kierowanego przez badacza magnesu znajdującego się pod platformą). Gdy piłeczka dotarła do celu, owad dostawał nagrodę. Owady w trzeciej grupie znajdowały piłeczkę już u celu, z nagrodą obok. Każdą z demonstracji/prób przeprowadzono tylko trzy razy.

Następnie trzmiele zostały przetestowane bez demonstracji i dostały nagrodę, tylko jeśli same przyprowadziły piłeczkę do celu. Praktycznie wszystkie trzmiele, które miały wcześniej żywego demonstratora, pomyślnie przeciągnęły piłeczkę do celu i zrobiły to najszybciej. Te, który widziały piłeczkę przesuwającą się samodzielnie, rozwiązały około 8 z 10 prób i zajęło im to więcej czasu. Za to te trzmiele, które wcześniej znalazły nagrodę, odniosły sukces tylko średnio w 3 lub 4 z 10 prób i trwało to najdłużej.

Uczeń staje się mistrzem

Co ciekawe, trzmiele nie kopiowały po prostu tego, co wcześniej zaobserwowały. Trzmiel-demonstrator i naukowiec z magnesem zawsze przesuwali do celu najdalej znajdującą się piłkę. Trzmiele-uczniowie najczęściej przesuwali tą, która znajdowała się najbliżej celu, nawet jeśli miała inny kolor niż ta w demonstracji. I nie chodzi o to, że najbliższa piłka przez przypadek dostawała się do celu, bo trzmiele zwykle ciągnęły piłkę, same znajdując się pomiędzy piłką a celem.

Podsumowując:

Po pierwsze: trzmiele nauczyły się szybko nowego dla siebie zadania, wymagającego użycia narzędzia-piłki i zachowania, które ma niewiele wspólnego z normalnym żerowaniem trzmieli.

Po drugie: nie kopiowały ślepo zaobserwowanego wcześniej zachowania, ale wykorzystały bardziej wydajny sposób – ciągnęły najbliższą celu piłkę.

Takie nietypowe doświadczenia pokazują, jak wielką zdolność uczenia się i elastyczność w rozwiązywaniu problemów mają te pospolite owady.


You can find the English version of this post here.

Did you know that bumblebees find efficient ways to move a ball to a target?

Have you ever watched a bumblebee collecting nectar from flowers? At first sight, this does not seem like a very difficult task, requiring sophisticated cognitive skills.

However, bumblebees have an amazing ability to learn. Not only where to find the nectar, but also how to perform human-designed tricks that require behaviours not needed in nature. For example, bumblebees have learned to pull strings, pull caps aside, and rotate disks to get to a reward.

Not so long ago, scientists (and bumblebees) have taken it a step further. The scientists, in various ways, demonstrated to their subjects that moving a ball into a target (a circle drawn on the experimental platform) led to a reward. The bumblebees quickly learned to do so themselves, and even improved their tactic to be more efficient than those demonstrated.

Teachers

First, the researchers trained the bumblebees to move a wooden ball, larger than them, to a target – the demonstrator was an artificial insect (on a stick held by the experimenter) pushing the ball. The bumblebees quickly got the idea, but preferred pulling the ball while moving backwards over pushing it. These bumblebees were the demonstrators in the next phase.

Students

In the main experiment, new, untrained bumblebees were divided into three groups. Each insect in the first group could watch another bumblebee dragging one of three available balls to a target and they both received a reward – a drop of sugar water. Insects in the second group saw a ball that moved “by itself” to the target (with help of a researcher-directed magnet under the platform). When the ball reached its destination, the watcher would get a reward. Insects in the third group simply found the ball already at the target with the reward next to it. Each demonstration/trial was conducted only three times.

Then the bumblebees were tested without further demonstration and only got a reward if they brought the ball to the target themselves. Virtually all bumblebees that had had a live demonstrator successfully dragged the ball to the target and did so faster than the other two groups. Those that had seen the ball moving by itself completed about 8 out of 10 trials. Finally, those bumblebees that had simply found the ball next to the reward were successful on average in only 3 or 4 of 10 trials and took the longest.

The student has become the master

Interestingly, the bumblebees did not simply copy what they observed early on. The bumblebee-demonstrator and magnet-using scientist always moved the farthest ball to the target. The student bumblebees usually moved the one closest to the target, even if it had a different colour than the one in the demonstration. And it was not a result of closest ball being pushed accidentally to the target, because the bumblebees usually dragged the ball actually being in-between the ball and the target.

To sum up: firstly, the bumblebees quickly learned a new task requiring the use of a tool (ball) and behaviour that has little to do with normal bumblebee foraging. And secondly, they did not blindly copy a previously observed behaviour, but used a more efficient method – moving the ball closest to the target.

Such unusual experiments show how great a capacity for learning and flexibility in problem solving these common insects have.

Czy nietoperze znają prędkości dźwięku od urodzenia czy muszą się jej nauczyć?

Karlik średni

Większość nietoperzy używa echolokacji do orientacji w przestrzeni. Produkują dźwięki o wysokiej częstotliwości i na podstawie czasu powrotu potrafią ocenić odległość przeszkód, od których dźwięk się odbił. Jednak by oceniać odległość na podstawie czasu w jakim powróci echo, trzeba znać prędkość dźwięku. Problem w tym, że prędkość dźwięku nie jest stała, w środowisku naturalnym nietoperzy może zmieniać się nawet o ponad 5%, w zależności od temperatury, wilgotności powietrza czy wysokości nad poziomem morza*.

Jak myślisz, czy nietoperze rodzą się ze znajomością prędkości dźwięku i tym samym oceny odległości, czy muszą się tego nauczyć?

Ponieważ prędkość dźwięku nie jest stała, naukowcy przewidywali, że wiedza o niej nie jest u nietoperzy wrodzona, ale raczej nabyta na podstawie doświadczenia. Badania pokazały jednak, że jest odwrotnie.

W doświadczeniach wykorzystano nietoperze karliki średnie (Pipistrellus kuhlii). Występują one głównie w rejonie Morza Śródziemnego i na Bliskim Wschodzie, choć można je czasem zaobserwować w Polsce. W środowisku naturalnym nietoperze te doświadczają szerokiej gamy temperatur i tym samym środowisk o różnej prędkości dźwięku.

By ocenić efekt zmian prędkości dźwięku na echolokację i zachowanie nietoperzy, naukowcy przeprowadzili doświadczenia w normalnym powietrzu i w atmosferze z dodatkiem helu – z większą prędkością dźwięku** i szybciej powracającym echem. Porównano młode nietoperze od urodzenia przebywające w różnych warunkach oraz dorosłe nietoperze, które wychowały się normalnym powietrzu.

Okazało się, że nietoperze zmuszone do życia w atmosferze z helem, niezależnie od wieku czy środowiska wychowania, oceniają odległość do jedzenia jako bliższą niż jest w rzeczywistości. Ich echolokacja jest taka sama jak w przypadku bliżej znajdujących się obiektów w normalnym powietrzu (wydają krótkie dźwięki z krótkimi pauzami). Dodatkowo w atmosferze z helem nietoperze często zwalniały i przygotowywały się do lądowania zbyt wcześnie i tym samym lądowały przed platformą z jedzeniem. Nawet po paru dniach w atmosferze z helem dorosłe osobniki nie zmieniły zachowania i nie trafiały do celu częściej niż na początku doświadczenia.

To wszystko wskazuje na to, że prędkość dźwięku jest zakodowana w mózgach nietoperzy od urodzenia.  Jak, w takim razie, radzą sobie one przy zmianach prędkości dźwięku w środowisku naturalnym?  Po pierwsze, zmiany te są zwykle mniejsze niż te w doświadczeniu. Po drugie, gdy nietoperz zbliża się do ofiary czy przeszkody, bezwzględny błąd w ocenie odległości maleje. Błąd jest ułamkiem odległości – np. przy zwiększeniu prędkości dźwięku o 10% obiekt oddalony o 100 cm wydaje się znajdować w odległości 90 cm – błąd 10 cm. Ale jeśli obiekt jest oddalony o 10 cm, błąd wynosi tylko 1 cm. Po trzecie, nietoperze zwykle nie łapią zdobyczy pyskiem, ale raczej zagarniają ją najpierw skrzydłami i ogonem, dzięki czemu nie muszą być bardzo precyzyjne. Chociaż na wolności nietoperze mogą także chybić celu.

Choć zwierzęta mają niesamowite zdolności uczenia się i przystosowywania do środowiska, to w tym wypadku, poleganie na wrodzonych zdolnościach wzięło górę.


* Na przykład w powietrzu o temperaturze 0°C dźwięk porusza się z prędkością około 332 m/s, a w 30°C – 350 m/s. Echo powraca więc szybciej w wyższej temperaturze.

** Warunki eksperymentalne zwiększyły prędkość dźwięku o 10%, 15% lub 27% – w zależności od ilości helu.


Zdjęcie: Leonardoancillotto86 – Italy, CC BY 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=15410420


You can find the English version of this post here.

Do bats know the speed of sound from birth or do they have to learn it?

Kuhl’s pipistrelle bat

Most bats use echolocation to orient themselves in space. This means that they produce high-frequency sounds and can judge the distance of obstacles that reflected the sound based on the return time of the echo. However, to judge the distance based on the time the echo returns, one needs to know the speed of sound. The problem is that the speed of sound is not constant: it can vary in nature by more than 5% depending on temperature, humidity or altitude*.

What would be your guess: are bats born with the innate knowledge of the speed of sound and therefore distance judgment, or do they need to learn this?

Since the speed of sound is not constant, scientists predicted that knowledge about it is not innate in bats, but rather gained through experience. However, research on Kuhl’s pipistrelle bats (Pipistrellus kuhlii) has shown that the opposite is true.

These bats occur mainly in the Mediterranean region and in the West Asia. In their natural environment, they experience a wide range of temperatures and thus conditions with different speeds of sound.

To assess the effect of the speed of sound on bats’ echolocation and behavior, scientists conducted experiments in normal air and helium-enriched atmospheres – with a higher speed of sound and therefore a faster echo return time**. Young bats that were reared from birth in different conditions were compared to each other as well as to adult bats that had grown up in normal air.

It turned out that in the atmosphere with helium, bats, regardless of their age or rearing environment, assessed the distance to a target (feeding platform) as being closer than it actually was. Their echolocation pattern was the same as for closer objects in normal air. Additionally, in helium atmosphere, bats often slowed down and prepared for landing too early, thus landing ahead of their intended target. Even after several days in the helium atmosphere, the bats did not change their behavior and missed their target as often as at the beginning of the experiment.

This indicates that the speed of sound is encoded in the bats’ brains from birth, and the world seems to be perceived in terms of time rather than distance.

But how do bats deal with changes in the speed of sound in the wild? Firstly, these changes are usually smaller than those encountered in experiments. Secondly, as the bat approaches the prey or obstacle, the absolute error in distance judgement decreases. The error is a fraction of the distance – for example, if the speed of sound is increased by 10%, the object that is 100cm away seems to be 90cm away – error of 10 cm. But if the object is 10cm away the error is only 1cm. Lastly, bats usually don’t catch prey with their mouths, but entrap it with their wings and tail membrane, so they don’t have to be very precise. Although, even in the wild bats may miss their target.

While animals have amazing abilities to learn and adapt to their environment, in this case they seem to rely on innate skills even if they are not perfect in all conditions.


* For example, in standard air at 0°C, sound travels at about 332 m/s and at 30°C it travels at 350 m/s. So, the echo returns faster at higher temperatures.

** The experimental conditions increased the speed of sound by 10%, 15% or 27% – depending on the amount of helium.


Photo: Leonardoancillotto86 – Italy, CC BY 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=15410420