В декабре 2010 г. британский академический журнал Biology Letters (имеющий респектабельный импакт-фактор 3,5) опубликовал статью, написанную 8-10-летними учениками начальной школы Блэкотона (Девоншир, Англия). Ими руководил профессиональный нейробиолог Бо Лотто, отец одного из учеников. Детей интересовало, как шмели запоминают, какие цветки для них хороши, а какие — нет и можно ли научить этих насекомых находить кормушку, ориентируясь не на окраску, а на взаимное расположение цветов. Школьники заключили, что шмели очень умные и научиться этому могут, но у их работы есть и второй вывод: «Наука — это здорово, потому что ты можешь сделать то, что еще никто до тебя не делал». Именно ради этой идеи Бо Лотто и затеял проект «Шмели Блэкотона».
Дети «пробуют» науку
Доктор Лотто — руководитель лаборатории «Лоттолаб», которая старается заинтересовать наукой широкую общественность. Для этого сотрудники лаборатории создают инсталляции, разрабатывают образовательные программы, проводят публичные эксперименты со шмелями. Совместно с директором школы Дэвидом Страдвиком доктор Лотто разработал специальную программу для восьмилетних детишек. Подготовка к эксперименту началась с разговора о науке как об игре. Играя, дети (причем не только человеческие) познают мир, но игра не бывает без правил. Игра по определенным правилам, которая позволяет узнать что-то ранее неизвестное, -это и есть наука. Рассуждая подобным образом, естественнонаучное образование можно представить как процесс постановки вопросов и разработки игр, позволяющих искать ответы на эти вопросы.
И вот взрослые стали вместе с детьми придумывать разные игры, решать головоломки. Дети посмотрели фильм о том, как собак обучают забавным трюкам, им показали, как по-разному видится мир, если смотреть в зеркала, в специальные очки, в свернутый трубочкой журнал. Со школьниками, которых таким образом подготовили, стали беседовать о поведении животных. Детей больше всего заинтересовали шмели, и они стали предлагать различные вопросы, например,можно ли научить насекомое ради капли сиропа передвигать что-нибудь тяжелое или какой нектар предпочитают шмели — холодный или теплый. Но в итоге остановились на вопросе о том, как шмели выбирают цветки: только ли по их окраске или по взаимному расположению цветов тоже? Это очень важный вопрос, решили школьники, потому что «цветов вокруг много, и не все они хороши для шмелей».
Бо Лотто утверждает, что дети сами предложили вопрос и возможные варианты ответа на него, а затем придумали игру (она же эксперимент), которая позволяла проверить эти гипотезы. Они же анализировали полученные данные, рисовали цветными карандашами иллюстрации и писали статью. Сам Лотто непосредственно работал со шмелями и вместе с группой школьников написал связный текст (его сочиняли в местном пабе, которому в конце статьи вынесена отдельная благодарность за бесплатную колу для детей и пиво для всех остальных). Впрочем, многие детские обороты он в тексте оставил.
Полет шмелей в пластиковом кубе
В разделе «Материалы и методы» написано, что шмели были в черную и желтую полоску, с белой задушкой, вида Bombus terrestns (земляной шмель). Для работы с ними соорудили прозрачный плексигласовый куб с гранью 1 м. В двух его боковых гранях было по три отверстия, через которые залетали насекомые. Внутрь куба поставили алюминиевый ящик, а в него поместили лампы. Передняя вертикальная стенка ящика была прозрачная и закрыта четырьмя темными панелями. В каждой панели прорезали 16 круглых отверстий диаметром 8 см, расположенных по четыре в ряд. В каждое отверстие можно было вставить прозрачный цветной фильтр, и когда внутри ящика зажигали лампочки, его передняя стенка светилась разноцветными кружками. Перед каждым кружочком была кормушечка, в которую наливали сироп, соленую воду или ничего не наливали. Кстати говоря, это сооружение стоило денег, и Лотто пытался получить финансирование, но ему везде отказывали, потому что, как сказано в статье, в разделе «Благодарности», «рецензенты утверждали, что молодые люди не могут заниматься наукой». В итоге деньги взяли из бюджета Лоттолаб.
Куб установили на лужайке у церкви, наполнили все кормушки сиропом и поставили рядом улей. Когда шмели приучились залетать внутрь и освоили кормушки, начался эксперимент. Сначала пинцетом собрали пять шмелей, сидевших на стенках куба, в горшочек с крышкой и поставили его в школьный холодильник. «Шмелиный пирог сделали», — пошутили дети и нарисовали смайлик. Прямо в научной статье. (Тут я прерву рассказ, чтобы восхититься подробнейшим изложением методики. Многим взрослым исследователям стоило бы поучиться у детей описывать условия эксперимента.) В холодильнике шмели заснули, и тогда их пометили — поставили на спинках цветные точки. Затем шмелей отогрели и выпустили на арену. Во время эксперимента ни одно насекомое не пострадало.
В первой серии экспериментов на двух панелях внешние кружки сделали голубыми, а четыре внутренних — желтыми. Получилось подобие соцветия с желтыми цветами в середине и голубыми по краям. Две другие панели покрасили «наоборот»: желтые края и голубой центр (см. схемы экспериментов, слева). Во всех случаях в центральных кормушках была сладкая вода, а в крайних — соленая. В этом эксперименте шмели должны были научиться садиться в середину фигуры, независимо от ее цвета. Чтобы убедиться, что шмели не просто запоминают положение кормушек и не руководствуются запахом, панели мыли и перемещали каждые 10-40 мин. Когда насекомые привыкли кормиться в центре фигуры, сироп убрали. Без поощрения шмели в 90% случаев садились в центр фигуры, однако некоторые предпочитали либо только голубую серединку, либо желтую, другие же не обращали внимания на цвет. Дети решили, что такие шмели умнее прочих.
Во втором тесте экспериментаторы проверили, действительно ли шмели научились садиться в центр фигуры или они реагируют на определенное сочетание цветов: голубое в окружении желтого или желтое в окружении голубого. Для этого все центральные кружки сделали зелеными (см. схемы экспериментов, центр). Три шмеля явно ориентировались на цвет: они летали к голубым и желтым бордюрчикам в два раза чаще, чем к зеленым серединкам. Дети решили, что они провалили тест. Однако два шмеля усвоили урок и чаще садились в середину, на зеленое.
Но может быть, насекомые летят не к центру, а к кружкам более редкого цвета? Чтобы это проверить, всю панель сделали однотонной, а цветом выделили четыре угловых кружка (см. схему экспериментов, справа). При этом привычный для шмелей рисунок, квадратик в ободке, исчезает, т.е. центра как такового нет. В этом тесте насекомые ошибались примерно в 60% случаев, т.е. выбирали место посадки случайно. Это означает, что шмели ориентируются именно на определенный рисунок.
В обсуждении дети написали, что их эксперимент важен, поскольку раньше никто его не ставил. Оказалось, что шмелей можно научить решать головоломки. Это означает, что они способны к обучению, и, если знакомые цветки вдруг исчезнут, шмели смогут найти новые подходящие.
А еще дети написали, что раньше они о шмелях не думали, а теперь думают. И было очень интересно их каждый день обучать. И вообще, наука — это здорово.
Прекрасное заключение для научной работы.
Что сказали специалисты
Когда статья была готова, Бо Лотто попытался ее опубликовать, однако Nature, Science и Current Biology отвергли рукопись, ссылаясь на нестандартный язык, отсутствие обзора литературы и статистической обработки данных.
Конечно, Лотто мог написать статью как положено, но не стал этого делать по двум причинам. Во-первых, задача заключалась в том, чтобы дети сами выполнили всю работу, а статистический анализ и написание литобзора для них непосильны. Во-вторых, школьников подвигло на это исследование собственное любопытство, а не чтение научной литературы. Лотто получил заключения пяти экспертов, из которых лишь один поставил под сомнение научную ценность работы, и уговорил редактора Biology Letters Криса Фрита напечатать статью. По просьбе редактора ее прокомментировали нейробиолог Лоуренс Мэлони (Нью-Йоркский университет) и специалист по поведению животных из Университета Эксетера (Великобритания) Натали Хемпелл де Ибарра.
Специалисты написали всё то, чего не хватало детской работе: и обширное введение про шмелей, и обзор литературы со списком, и саму статью кратко пересказали. Они отметили, что эксперимент, хоть и скромен по масштабам, выполнен грамотно. Вопрос поставлен разумный, ответ, безусловно, найден. Результаты работы имеют большое значение, поскольку раскрывают роль цвета и рисунка в видении шмелей. Ценность эксперимента заключается в том, что обнаружена способность шмелей к обобщению: они смогли обобщить понятие «центр».
Комментаторы упомянули эмоциональную окраску статьи, среди «настоящих» ученых не принятую: очевидно, что дети очень гордятся своими достижениями. И отметили, что ненасытное детское любопытство в сочетании со строгими научными методами дает прекрасные результаты.
Лотто мог бы убрать из текста все детские обороты и объяснить школьникам, почему так не пишут. Но он этого не сделал, и теперь газеты вовсю цитируют его подопечных и упоминают его имя. Замечательная реклама! Между тем, и в нашей стране до сих пор действуют школьные кружки, в которых детей привлекают к научной работе, порой весьма серьезно; например, они разрабатывают эксперименты для Международной космической станции. Правда, в обычный класс никто не приходит поиграть в науку. А может, и приходит, только об этом у нас не пишут, потому что изменились приоритеты.
Наталья Резник
Фото с сайта www.lottolab.org