Исследователи из University of Colorado at Boulder (CU Boulder) использовали компьютерную томографию, чтобы увидеть, что происходит в жизни медоносных пчел, а именно в их роях.

Close up image of bees. Mike Black/iStock 

Рентгеновская компьютерная томография помогла учёным глубже изучить мир насекомых. Команда исследователей обнаружила, что пчелы собираются в рои не случайным образом. Скорее, они придерживаются какой-то последовательности, и это несмотря на то, что мозг пчелы весит 1 мг и содержит менее 1 млн нейронов.

Сила пчел

Пчелы образовывали куполообразные структуры, следуя сложному математическому правилу, которое команда назвала принципом масштабирования. Согласно этой концепции, каждый слой переносит вес, примерно в полтора раза превышающий его собственный.

"Согласно принципу масштабирования, каждый слой в итоге использует столько же энергии, сколько и все остальные.", — говорит Ольга Шишкова, ведущий автор исследования и постдокторант в лаборатории Пелега в BioFrontiers. Такой принцип объясняет распределение веса между пчелами". Исследователи также выяснили, что каждая пчела может нести вес, эквивалентный весу 35 других тружениц.

Рой

Пчелы в рое работают вместе, образуя конгруэнтную структуру. "Рой медоносных пчел — это скопление, состоящее из пчелиной матки и тысяч рабочих пчел, которое в течение нескольких часов или дней могут оставаться под открытым небом, пока разведчики выберут место для поселения. Роение — это довольно опасный этап в жизни медоносных пчел", — говорится в исследовании.

Если матка или большая часть рабочих пчел не доберутся до своего нового жилища, вся колония погибнет". Пчелы сцепляются друг с другом, чтобы поддержать вес всего роя и сохранить сплоченность всей колонии", — говорится далее. Поэтому для того, чтобы выжить, пчелиная матка и рабочие пчелы должны работать вместе".

Схема установки компьютерной томографии. Scientific Reports/Nature.com 

Установка для исследования

В своих экспериментах ученые использовали разное количество рабочих пчел, а именно от 3 725 до 9 700 пчел и одну матку. Они проанализировали данные по 11 роям, в общей сложности выполнив 57 томограмм. Масса каждого роя была измерена до проведения компьютерной томографии, а количество пчел в каждом рое было рассчитано путем деления массы всего роя на массу каждой пчелы. Конструкции, на которых находились пчелы, подвешивались вверх ногами, и команда поворачивала рои перед аппаратом КТ.

Результаты

Исследователи настолько точно просканировали пчелиные рои, что смогли определить на снимках каждое насекомое. Полученные изображения позволили команде лучше понять, как пчелы создают то, что они называли "суперорганизмами". Кроме того, эксперты обратили внимание на то, как пчелы регулируют температурный режим внутри роя.

Команда обнаружила, что, когда в улье становилось слишком тесно, пчелиная матка улетала и отправлялась на поиски нового дома. А когда исследователи в рамках эксперимента трясли улей, имитируя порыв ветра, пчелиный рой становился похожим на блин, сохраняя устойчивость и неподвижность. "Пчелы каким-то образом могут организовать свой рой так, чтобы сохранить механическую стабильность", — считает Орит Пелег, старший автор исследования и доцент Института BioFrontiers и факультета компьютерных наук в CU Boulder.

В будущем ученые надеются более детально изучить пчелиные рои и попытаются найти уникальные способы применения закона масштабирования в реальных технологиях и структурах. "Принцип масштабирования указывает на то, что могут существовать общие правила организации подобных структур, о которых мы даже не подозреваем", — считает Каушик Джаярам, соавтор исследования и доцент кафедры машиностроения имени Пола М. Рэди.

Исследователи планируют использовать анализ пчелиных роев для создания более прочных строительных конструкций или роев роботов, способных действовать подобно насекомым для выполнения научных миссий или других задач. 

Результаты данного эксперимента были опубликованы в журнале Scientific Reports.

Источники: Journal nature, Journal Scientific Reports, Journal Interesting Engineering

1. (https://americanbeejournal.com/the-superorganism/)
2. (https://www.nature.com/articles/s41598-022-21347-5)
3. (https://interestingengineering.com/innovation/a-ct-scan-reveals-the-inner-complex-world-of-bee-swarms)