《科学》封面！揭开了蜜蜂学会跳舞的秘密 社交学习

邓文龙

登上《科学》封面！中国科学家揭开了蜜蜂学会跳舞的秘密  社交学习

蜜蜂摇摆舞的社会信号学习。与鸟类、人类和其他社会学习物种一样，蜜蜂受益于观察其他有经验的同类。后天的社会化学习 “老带新”“传帮带” 同人类、鸟类等。社会学习塑造了蜜蜂的信号，就像它在人类婴儿、鸟类和其他多种脊椎动物中的交流一样。蜜蜂“舞蹈”采蜜研究，动物学家弗里希曾荣获了诺贝尔奖。本文是动物、人类等社会学习关联基础科学研究论文。

学术经纬

2023/03/21

论文
论文标题：Social signal learning of the waggle dance in honey bees
作者：Shihao Dong, Tao Lin, James C. Nieh, Ken Tan
期刊：Science
发表时间：2023/03/09
数字识别码：10.1126/science.ade1702
摘要：Honey bees use a complex form of spatial referential communication. Their “waggle dance” communicates the direction, distance, and quality of a resource to nestmates by encoding celestial cues, retinal optic flow, and relative food value into motion and sound within the nest. We show that correct waggle dancing requires social learning. Bees without the opportunity to follow any dances before they first danced produced significantly more disordered dances with larger waggle angle divergence errors and encoded distance incorrectly. The former deficit improved with experience, but distance encoding was set for life. The first dances of bees that could follow other dancers showed neither impairment. Social learning, therefore, shapes honey bee signaling, as it does communication in human infants, birds, and multiple other vertebrate species.

所属学科：
动物学
（领研网导读 阿金）蜜蜂使用一套复杂的空间参考交流形式——摇摆舞蹈，来相互告知资源方向、距离和质量。本研究表明蜜蜂跳正确的摇摆舞蹈需要通过社交学习，蜜蜂在首次跳舞之前如果没有机会跟随其他蜜蜂跳过的话，舞蹈将更乱七八糟：摇摆角度更大，错误明显，给出错误的距离信息。而曾跟着其他蜜蜂学过舞蹈的蜜蜂第一次跳舞就不会出错。该结果表明社交学习也存在于除人类、鸟类等其他动物种群中。



药明康德内容团队



可能你小时候也听说过关于蜜蜂的这个“冷知识”：蜜蜂会通过“舞蹈”告诉同伴哪里可以采到花蜜。



一个世纪前，动物学家卡尔·冯·弗里希（Karl Ritter von Frisch）花了二十多年时间追踪田野里的蜜蜂，最早向世人揭示了蜜蜂的这个“秘密”。对蜜蜂行为的研究，也让弗里希荣获了诺贝尔奖。



蜜蜂的舞蹈语言包含大量信息。外出侦查花蜜或花粉的工蜂回到蜂巢后，会根据侦查结果决定在同伴面前跳什么样的舞。最典型的一种舞步被称为“摇摆舞”（waggle dance）——沿着一个8字轨迹绕圈，走到8字的中间横线时快速摆动身体。舞蹈的重复次数，透露了食物质量的相对高低；8字中间的摇摆时间，可以编码花朵距离蜂巢的远近；8字轨迹的方向与蜂巢巢脾纵轴的夹角还指示了飞往蜜源的最佳路线方向，比如是迎着太阳还是背向太阳。



“围观”摇摆舞的工蜂首先读取这些舞蹈信息，然后遵循指示外出觅食。通过这套交流系统，蜂群可以把劳动力更好地分配到食物最充足的花上，确保整个蜂群的生存。





▲中间的蜜蜂正晃动腹部跳着“摇摆舞“（图片来源：参考资料[3]；Credit：Heather Broccard Bell）



一百多年来，蜜蜂的舞蹈始终令人好奇和惊叹：小小的昆虫是怎么掌握如此复杂的舞蹈语言的？



在最新一期《科学》封面文章中，中国科学院西双版纳热带植物园谭垦研究团队通过精巧的实验设计，揭示出了蜜蜂在蜂群中掌握摇摆舞的一个关键要素。他们发现，这套交流系统并非像过去以为的那样是完全天生的，后天的社会化学习十分重要。事实上，蜜蜂不仅需要通过经验加强摇摆舞的编码能力，蜜蜂社群中的“老带新”“传帮带”同样不可或缺。





▲这一研究成果登上了顶尖学术期刊《科学》



研究人员创建了一个全是“零经验”新手组成的实验蜂群。他们观察到，年轻工蜂虽然到了年龄后就会在基因的指导下跳出摇摆舞，然而，由于从来没有观摩过有经验的采集蜂跳舞，这种本能的舞蹈充满错误，无论是摇摆角度还是编码的距离都有很大误差，无法在舞蹈中精确传递空间信息。



相比之下，对照组中的年轻小蜜蜂在初次跳舞之前就观察过巢中富有经验的前辈跳舞，第一次跳出的摇摆舞就更加有序。





▲没有观摩过老蜂跳舞的年轻蜜蜂在第一次跳摇摆舞时出现了更多错误（图片来源：参考资料[1]）



蜜蜂实验的结果还显示，一开始没有机会跟随前辈学会正确摇摆舞的小蜜蜂，随后通过观察其他同伴和自己练习，可以提升自己的“舞技”，方向的准确性上随着经验值上升而逐渐提高到正常水平。然而，即便如此，它们一辈子都没能充分掌握如何用舞蹈准确编码距离。



这种情形很容易让我们联想到人类的婴幼儿如何学习语言：幼年是学习语言的关键窗口期。如果早期阶段没有接触语言，日后的语言发展也会受限。



谭垦研究员解释说，那些在关键的学习早期阶段无法观察其他蜜蜂舞蹈的蜜蜂，就像发展出了一种自己的“方言”，而这种“方言”将伴随它们的余生。





▲经验不足的年轻工蜂会跟着富有觅食经验的采集蜂学习如何跳摇摆舞（图片来源：参考资料[3]；Credit：董诗浩博士）



研究人员指出，将共享的知识从一代传给下一代是文化的标志，使动物得以迅速适应不断变化的环境。这种社会化学习的交流方式在人类中非常重要，也出现于裸鼹鼠、鸟类等哺乳动物的群体中，而这项新研究现在证明，像蜜蜂这样的社会性昆虫中也有复杂的社会化学习。



本研究的合作者，美国加州大学圣地亚哥分校James Nieh教授指出：“现在我们知道了，动物可以像我们一样，通过社群和家庭把至关重要的生存信息传承下去。”



谭垦研究员进一步指出，将共享的知识从一代传给下一代是文化的标志，使动物得以迅速适应不断变化的环境。这种社会化学习的交流方式在人类中非常重要，而这项新研究让科学家眼前一亮，像蜜蜂这样的昆虫中也有复杂的社会化学习行为。





参考资料：

[1] Shihao Dong et al., (2023) Social signal learning of the waggle dance in honey bees. Science Doi: 10.1126/science.ade1702

[2] Lars Chittka & Natacha Rossi. Bees learn to dance. Science Doi: 10.1126/science.adg6020

[3] Complex learned social behavior discovered in bee’s ‘waggle dance’. Retrieved March 8, 2023, 2023



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摇摆舞蹈
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动物行为

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