Оптимальность как результат эволюции (стр. 6 из 8)

Мы уже видели, что деньги в потребительской экономике - это аналог энергии в поведении животных, поэтому естественно спросить, а есть ли у животных энергетический бюджет. Однако мы видели также, что энергия - это только один тип ограничителя, который воздействует на поведение животного. Другим важным ограничителем является время, и мы также можем задаться вопросом, приложимо ли понятие "бюджет времени" к поведению животных. Бюджет времени или энергии - это не просто подсчет того, как животное тратит время и энергию. Если бы животное растрачивало время и энергию совершенно беспорядочно, то это означало бы, что оно не имеет никакого бюджета. Однако мы можем ожидать, что естественный отбор сформировал животных такими, что они должны тратить имеющиеся у них энергию и время с максимальной пользой. Поэтому разумно ожидать, что животные используют время и энергию как ценные ресурсы и, следовательно, имеют соответствующие бюджеты.

Хейнрих сравнивал пищедобывательную деятельность шмеля с поведением покупателя:

"Задача, с которой сталкивается шмель, начиная поиск пищи на лугу, где много различных растений, нисколько не отличается от задачи, с которой сталкивается неопытный покупатель, толкающий тележку вдоль торгового зала универсама. Прямо или косвенно они оба стараются получить за свои деньги как можно больше ценностей. Никто из них наперед не знает, что именно содержится в упаковках, которые стоят на полках или находятся на лугу. Но они научаются этому на опыте".

Цветки обеспечивают шмелей энергией, необходимой для выращивания потомства, при этом шмели должны тратить значительное количество энергии на добывание пищи. Шмели способны жить в холодных климатических условиях благодаря их удивительной способности к терморегуляции. Они могут поддерживать высокую температуру тела при низкой температуре окружающего воздуха, что дает им возможность оставаться активными, даже если для этого потребуются высокие энергетические затраты. Они могут сберегать энергию, значительно уменьшая уровень активности и таким образом сохраняя тепло. Когда пищевые ресурсы цветков оказываются бедными, шмелям тем не менее удается извлекать выгоду за счет медленной пищедобывательной деятельности. Когда пищи очень много, шмели повышают температуру тела и интенсифицируют пищедобывательную активность. Следовательно, они рассчитывают свои энергозатраты в соответствии с имеющимися условиями.

Собирая пищу, шмель проводит большую часть времени в полете. Перелетая с цветка на цветок, шмели стараются свести до минимума продолжительность и дальность полета. За час они пролетают от 11 до 20 км и проводят внутри гнезда всего 2-4 мин в паузах между полетами за пищей. Простые расчеты показывают, что для добывающего пищу шмеля бюджет времени более важен, чем бюджет энергии. Предположим, например, что у одного шмеля цветки находятся близко от гнезда и он может постоянно "пастись" на них, тогда как другой шмель летает за взятком за три километра от гнезда. Если второй шмель пролетает по 15 км в час, то он должен тратить на каждый полет 24 мин. Питаясь на кипрее, оба шмеля смогут собрать полный зобик нектара примерно за 10 мин. Шмель, который совершает дальние путешествия, добывает 30 мг сахара за 34 мин, но при этом около 3 мг сахара расходуется во время каждого полета на метаболические процессы. Таким образом, полеты туда и обратно отнимают у этого шмеля примерно две трети времени и только одну десятую часть энергии. За это же самое время шмель, питающийся вблизи гнезда, получил бы 102 мг сахара. Таким образом, имеет смысл тратить время на дальние перелеты лишь в том случае, если растения, растущие далеко от гнезда, в 3,4 раза ценнее, чем растения, растущие поблизости.

Пищедобывательное поведение шмелей изменяется в зависимости от количества нектара. Чем больше нектара в каждом цветке, тем больше они обследуют других цветков в ближайших окрестностях. Хейнрих провел эксперименты, в которых закрывал тонкой прозрачной тканью некоторые участки клеверного поля, а другие участки оставлял открытыми. Шмели выбирали нектар из закрытого клевера, а в прикрытых цветках нектар накапливался. Когда ткань с цветков снимали и шмели могли посещать и богатые, и бедные нектаром участки клеверного поля, оказалось, что на богатом нектаром участке клеверника шмели обследовали около 12 цветков в головке клевера и совершали короткие перелеты между головками. На участке клеверника с низким содержанием нектара шмели проверяли примерно два цветочка в каждой головке и совершали более длинные перелеты между головками клевера. Именно таким путем шмели концентрировали свою пищедобывательную активность на самых выгодных участках клеверника.

Энергетические затраты на добывание пищи в некоторой степени зависят от температуры окружающей среды. Когда шмели "пасутся" на кипрее, они задерживаются на каждом цветке всего лишь 1-2 с, собирая язычком крошечные капли нектара. Однако посещение других цветков длится до нескольких минут. Во время пребывания на цветке шмели не дают охладиться своему летательному аппарату и сохраняют его "полетную" температуру, что обеспечивает им готовность взлететь без всякой задержки. Во время длительного пребывания на цветке они поддерживают температуру грудной части тела около 32° С за счет дрожания грудных мышц; однако шмели не тратят энергии на согревание брюшка, которое не входит в состав двигательного аппарата, обеспечивающего полет.

Рис.22. Изменения пищедобывательного поведения шмеля при сборе нектара на двух площадках, засеянных белым клевером. На одной площадке, где побывало много шмелей, на одну головку цветка приходится всего 0,003 мг сахара; другая площадка была закрыта легкой прозрачной тканью, вследствие чего запасы нектара достигли там уровня 0,01 мг сахара на одну головку цветка. Как видно из диаграмм, если запасы нектара малы, шмели совершают длинные перелеты с одной головки клевера на другую.

Рис.23. Соотношение между временем, которое шмели тратят на перелеты, и временем их пребывания на цветках определяется в основном тем, какой вид растений они посещают. Температура воздуха мало влияет на соотношение. Серыми полосками обозначены результаты, полученные при 20°С. а зелеными при 30°С.

При температуре окружающей среды около 25°С шмелю нет необходимости согревать грудной отдел во время периодов покоя; если же температура падает ниже этой величины, то шмелю приходится "платить все дороже" для того, чтобы эффективно добывать пищу.

В цветках разных видов растений образуется различное количество нектара, поэтому можно рассчитать относительные затраты на добывание пищи на различных растениях при разной температуре воздуха. Шмели собирают пищу на "прибыльных" цветках рододендрона при самых различных температурах воздуха, тогда как на кальмии и черешне при низкой температуре они "пасутся" не столь интенсивно, поскольку эти растения не могут возместить им дополнительную энергию, требующуюся для терморегуляции.

На примере пищедобывательной активности шмелей видно, каким образом время и энергия ограничивают ее эффективность. Когда шмелю приходится путешествовать на некоторое расстояние, чтобы найти медоносные растения, время становится лимитирующим фактором, и для шмеля выгодно потратить энергию, чтобы сберечь время. Когда же шмель питается на относительно бедных нектаром цветках или добывает пищу при низкой температуре, он может потратить больше времени ради того, чтобы сберечь энергию.

Рис.А. Температура тела шмелей при различной температуре воздуха в условиях, когда шмели питаются на "рентабельных" цветках. Б. Расчетные затраты на добывание пищи при различной температуре воздуха у рабочего шмеля массой 0.2 г. который поддерживает температуру груди на уровне 30°С и проводит половину времени в полете, а половину - на цветках.

Взаимоотношения между временем и энергией часто играют важную роль в поведении животного. Ему приходится распределять эти ресурсы для каждого конкретного типа активности и для всех конкретных условий, с которыми оно сталкивается в данном случае. Кроме того, ему приходится принимать в расчет затраты на переход от одного типа активности к другому. Когда животное переключается с одного поведения на другое, это может потребовать определенных затрат.

Например, питающийся на кукурузном поле голубь может захотеть пить, поскольку в данном случае пищу его составляют сухие зерна, а чтобы получить воду, ему необходимо пролететь более километра. Помимо физиологических затрат на перелет от места кормежки до места, где находится вода, птица будет тратить время на этот перелет и при этом не будет получать никакого выигрыша ни от приема пищи, ни от питья. Более того, во время этого перелета голубь может подвергнуться определенному риску при встрече с хищными птицами или вооруженными фермерами. Таким образом, затраты на переключение с одного вида активности на другую представляют собой уменьшение приспособленности, которое происходит в тот период времени, когда животное переходит от одной активности к другой и не получает пользы ни от одной из них. Эти затраты могут включать в себя потери ценного времени, расход энергии или риск от встречи с хищниками. Теоретически можно показать, что затраты на переключение следует рассчитывать таким образом, как будто они составляют часть затрат на активность, которую собирается осуществить животное.