ミツバチは仲間からダンスやパズルの解き方を学ぶ

ミツバチのような社会性昆虫は、構造的に複雑な巣（内蔵された気候制御機構付き）を共同で構築することから、集団内での実用的な分業に至るまで、驚くべき多様な行動を示します。生物学者は伝統的に、これらの行動は外部要因に応じて世代を超えて進化してきた、あらかじめプログラムされた反応であると見なしてきました。しかし、先週発表された2つの論文で、社会学習も役割を果たしている可能性を示唆する結果が報告されました。

PLoS Biology誌に掲載された最初の研究は、マルハナバチが経験豊富な仲間を観察することで簡単なパズルを解くことを学習できることを実証しました。Science誌に掲載された2つ目の研究は、ミツバチがコロニー内の他のハチに餌やその他の資源の場所を伝えるために、トレードマークである「尻振りダンス」を習得する方法において、同様の社会学習の証拠を報告しました。これら2つの研究を合わせると、ミツバチのような社会性昆虫における一種の「文化」に関する証拠がますます増えています。

「文化とは、社会学習を通じて獲得され、集団内で長期にわたって維持される行動と広く定義され、本質的には『第二の遺伝形式』として機能しますが、ほとんどの研究は比較的大きな脳を持つ種、すなわち霊長類、鯨類、スズメ目鳥類を対象に行われてきました」と、共著者のアリス・ブリッジズ氏は述べています。ブリッジズ氏はロンドン大学クイーン・メアリー校の大学院生で、共著者のラース・チトカ氏の研究室に所属しています。「特にマルハナバチを研究したいと思ったのは、マルハナバチが社会学習実験に最適なモデルだからです。マルハナバチは、糸を引くといった非常に複雑で斬新な非自然的な行動を、個体レベルでも社会的レベルでも学習できることが既に示されています。」

チャールズ・ダーウィンが1884年にマルハナバチが「盗蜜」を行うのを観察して以来、科学者たちはあらゆる種類の生物に驚くべき社会学習能力があることに気づいていました。これは、採蜜者が花の根元に噛みついて蜜を集めるものの、植物を受粉させない行為です。ボールドウィン効果と呼ばれる進化論によれば、ある生物が生涯にわたって習得した特定の有益な行動特性は、自然選択によって子孫に受け継がれるとされています。そこでブリッジズらは、マルハナバチ（ Bombus terrestris）の独特な行動革新に、純粋に本能的なものではなく、社会学習が寄与している可能性を探ることにしました。

以前お伝えしたように、チトカ氏の研究グループは2017年に研究を行い、ミツバチに小さな木のボールを転がして報酬を得るよう訓練できることを示しました。しかし、研究グループは、明らかな報酬や利益がない場合でも、ミツバチがボールを転がすことを選択する事例にも気づきました。ボールは、巣箱と餌のある実験エリアをつなぐトンネルに設置されていました。数匹のミツバチが、餌のある場所から行き来する途中で、ボールの上を歩いたり、立ち止まってボールを転がしたりしていました。研究グループは、これが純粋な遊び行動ではないかと考えました。

チトカ研究室は昨年、ミツバチが小さな色付きの木のボールを転がす様子を撮影し、ミツバチの真の遊び行動を観察したという追加研究を発表しました。（多くの動物が遊びをすることが知られていますが、通常は脳の大きな哺乳類や鳥類です。）チトカ研究室にとって、これは「昆虫の脳が私たちの想像をはるかに超えて洗練されていることを強く示唆する」ものでした。

社会学習を探るために2つの選択肢があるパズルボックス実験を用いるというアイデアは、チンパンジー（2005年）とシジュウカラ（2015年）に関する先行研究から生まれました。チトカ研究室は、ミツバチのために、赤いタブを時計回りに、または青いタブを反時計回りに押すことで透明な蓋を回転させて開けられるパズルボックスを設計しました。これにより、ミツバチは50%のショ糖溶液というおいしい報酬を受け取ることができます。

デモ蜂1匹に2つの解決行動のうち1つを行うよう訓練を施し、訓練を受けていない蜂の群れに加えました。すべての蜂はパズルボックスの間を自由に餌を探し回ることができ、デモ蜂がパズルボックスを繰り返し「解く」ことで、その行動が群れ全体に広がるかどうかを観察するために、行動を観察しました。デモ蜂を入れない対照群も用意しました。

「マルハナバチが開放拡散環境下で社会学習を通じて非自然的で新しい行動を学習できるかどうかを調べたかったのです」とブリッジズ氏は述べた。「特に、マルハナバチが、訓練された実演者に特有の行動のバリエーションを学習できるかどうかに興味がありました。これは、より大きな脳を持つこれらの種と全く同じです。」

まさにその通りでした。デモ蜂がいるコロニーの採餌蜂は、コントロール蜂よりもはるかに多くのパズルボックスを開け、98%の確率で「教えられた」解答を使いました。これは、彼らがその行動を社会的に学習したことを示しています。複数のデモ蜂にそれぞれ異なるパズルの解答を教えさせた追跡実験では、訓練を受けていない蜂は当初両方の方法を学習しましたが、時間が経つにつれて、流行やトレンドのように、どちらか一方への好みがランダムに形成されました。好ましい解答が見つかると、蜂は通常それを使い続けました。

対照群の2つのハチのうち、パズルボックスを開けることを学習したのは1匹だけでした。いわば「自発学習者」と言えるでしょう。しかし、このハチはパズルボックスを開ける習熟度が低く、デモンストレーターがいるハチに比べて開けた箱の数もはるかに少なかったのです。2回目の実験をより長期間行い、さらに数匹の自発学習者を生み出しましたが、こちらも熟練度は低かったです。とはいえ、自発学習者のハチのうち1匹は、実験期間中に216回も箱を開けたという、非常に優秀な成績を残しました。対照群でこれに最も近いハチは、同じ期間にわずか22回しか開けていませんでした。対照的に、訓練を受けたデモンストレーターは、毎日100個以上のパズルボックスを日常的に開ける、優れた採餌者でした。

この研究結果は、チンパンジーとシジュウカラを対象とした先行研究と一致しており、著者らはこれらの種が文化的な能力を持つことを示唆していると主張している。「マルハナバチが野生下で文化的な現象を示すことは知られていません」とブリッジズ氏は述べた。「それでも、私たちのハチは文化的な能力を持っていたようです。マルハナバチの行動がいかに柔軟で革新的であるかにも驚きました。一部のハチが自分で箱を開けることを学んだという事実は実に注目すべきことで、機会と必要性があれば、野生下でハチが他の新しい行動を生み出す可能性があることを強く示唆しています。」

マルハナバチの盗蜜行動に関するさらなる研究は、その根底にあるメカニズムをより深く解明する可能性がある。しかし、この社会的に学習された行動は、後世に受け継がれるのだろうか？この特定の種類のマルハナバチでは、それを検証するのは困難だ。「私たちの実験で使用したマルハナバチは、1世代で崩壊するコロニーを形成しますが、ミツバチ、ハリナシバチ、そして一部の熱帯性マルハナバチは、長年にわたって存続するコロニーを形成します」とブリッジズ氏は述べた。「もし自然発生的で長期にわたる文化が無脊椎動物に見られるとしたら、おそらくここにあるでしょう。」

ワッグルワッグル

ここで、ミツバチの尻尾振りダンスに関する2つ目の研究が役立ちます。「私たち人間と同じように、動物もコミュニティや家族を通して生存に重要な情報を伝達できることがわかってきています」と、この研究の共著者であるカリフォルニア大学サンディエゴ校のジェームズ・ニー氏は述べています。「私たちの新たな研究は、このような社会学習を昆虫にも適用できることを示しています。ミツバチは非常に知能が高く、驚くべき能力を持っていることが分かっています。」

ミツバチは、餌、水、樹脂、巣の場所といった重要な資源の場所を他のミツバチに伝えるために、尻振りダンスを使います。この「ダンス」は、腹部を8の字に振ることで行われ、驚くほど速いペースで行われます。ミツバチは1秒未満で体全体を移動することができます。尻振りダンスの回数が長いほど移動距離が長く、尻振りダンスの角度が方向を示します。対象となる資源の質は、尻振りダンスの回数と、それぞれのミツバチが戻ってきて次のダンスを繰り返す速さに表れています。

Niehらによると、ミツバチの尻振りダンス行動には強い遺伝的要素が関与しているが、研究チームは、初心者のダンサーは、より経験豊富な尻振りダンスをするダンサーから学ぶことで、仲間のハチとのコミュニケーション能力を向上させることができるという仮説を立てた。働きバチは生後8日頃から尻振りダンスをする採餌バチの後を追い始め、12日齢で自らもダンスを始め、通常は追跡していた年長のバチと同じ「ルーティン」を踊る。Niehらは、ミツバチが年長のダンサーの後を追えないまま育てられた場合、初期の尻振りダンスではコミュニケーションエラーが多くなると考えた。そこで彼らは、同じ年齢の若いバチで構成されたミツバチのコロニーを飼育し、尻振りダンス行動の出現を、より年長で経験豊富なダンサーバチを混在させた対照群と共に観察した。