15.11.5: Навігація медоносної бджоли

Last updated
Save as PDF

Page ID: 5512

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

Домашня медоносна бджола Apis mellifera - колоніальна комаха, що живе у вуликах, що містять одну королеву — родючу самку, кілька трутнів (самців) та тисячі робітників (безплідні самки). Працівники несуть відповідальність за утримання вулика в чистоті, будівництво воскових гребінців вулика, догляду за молодняком і, коли вони дорослішають (і коли включається їх ген), і за корм для їжі - нектар і пилок.

альт — Малюнок 15.11.5.1 Касти медоносних бджіл

Близько 5-25% робітників у вулику є розвідниками. Їх робота полягає в пошуку нових джерел їжі для інших робітників, фуражників, для збору врожаю. Хоча і розвідники, і фуражери виглядають однаково, останні дослідження показують, що вони представляють стабільні субпопуляції з характерними закономірностями експресії генів у своєму мозку. (Див. Лян, З. с., та ін. , у випуску журналу «Наука» від 9 березня 2012 року.)

Коли їжу виявляють розвідники, вони повертаються у вулик. Незабаром після їх повернення багато фуражери залишають вулик і перелітають безпосередньо до їжі. Примітна річ у цьому полягає в тому, що фуражери не слідують за розвідниками назад. Розвідники можуть залишатися у вулику годинами, а ті, хто виїжджає, продовжують полювати за новими джерелами їжі, хоча фуражери продовжують повертати достатні запаси їжі з місць, які розвідники виявили раніше. Так бджоли-розвідники передали фурагерам необхідну інформацію, щоб вони могли самостійно знайти їжу.

Виходить, що розвідники можуть донести до фуражерів інформацію про

запах їжі
його напрямок від вулика
його віддаленість від вулика

Відстань

Коли їжа знаходиться в межах 50-75 метрів від вулика, розвідники танцюють «хоровод» на поверхні гребінця (зліва). Але коли їжа знаходиться далі 75 метрів від вулика, розвідники танцюють «танець віглу» (праворуч). Танець waggle має дві складові: (1) прямий біг - напрямок якого передає інформацію про напрямок їжі і (2) швидкість, з якою повторюється танець, що вказує на те, наскільки далеко знаходиться їжа.

Графік показує взаємозв'язок між швидкістю танцю і відстанню до їжі. Він заснований на даних, зібраних німецьким етологом Карлом фон Фрішем. Саме він відкрив багато з того, що ми знаємо сьогодні про спілкування медоносних бджіл (і був удостоєний Нобелівської премії в 1973 році).

Як бджоли розраховують відстань? фон Фріш думав, що вони виміряли відстань, оцінюючи кількість енергії, необхідної для того, щоб потрапити туди. Але механізм виявляється зовсім іншим. Бджоли вимірюють відстань рухом зображень, отриманих очима під час польоту.

Ефект мерехтіння

Медоносні бджоли, як і всі комахи, мають складені очі. Вони дають мало інформації про глибину, але дуже чутливі до «ефекту мерехтіння». Давно відомо бджолярам, що медоносні бджоли краще реагують на квіти.

рухаючись на вітерці
зі складними пелюстками

Важливість ефекту мерехтіння можна продемонструвати, навчивши медоносних бджіл відвідувати їжу, розміщену на картках з візерунками. Наприклад, бджоли можуть відрізнити будь-яку фігуру у верхньому ряду від будь-якої фігури в нижньому ряду легше, ніж вони можуть відрізнити будь-яку з фігур в будь-якому ряду.

Докази вимірювання відстані

Працюючи в Університеті Нотр-Дам (Індіана), Еш і Бернс виявили, що коли вулик і їжа розміщувалися поверх високих (50 м) будівель, швидкість танцю ваглів вказувала на відстань лише половину відстані, зазначеної бджолами, які подорожують на тій же відстані (230 м) на рівні землі. Особливості декорацій проходять сітківку швидше, коли поблизу, ніж коли далеко (порівняйте зміни у вашому погляді від авіалайнера на крейсерській висоті і в міру наближення до злітно-посадкової смуги).

Тести пошукової поведінки

Працюючи в Австралійському національному університеті, Срінівасан і його колеги будували тунелі, прикрашаючи внутрішні стіни візерунками для створення мерехтіння. У цих трьох дослідах бджіл вперше годували посередині тунелю стандартного діаметру. Потім їжу прибрали.

Використовуючи той же тунель, фуражери підійшли до того ж місця в тунелі.
Використовуючи більш вузький тунель, фуражери почали шукати їжу біля його входу. Змушені летіти ближче до вертикальних смуг, зображення переміщалися швидше.
Використовуючи тунель з більшим діаметром, фуражери шукали їжу на його дальньому кінці. Пролітаючи далі від смуг, зображення рухалися повільніше.

Тести танцювальної поведінки

Всі тунелі були довжиною 6 метрів і розташовані в 35 метрах від вулика — добре на відстані (50—75 м), що зазвичай викликає хоровод.

Бджіл годували біля входу. Повернувшись у вулик, вони танцювали хоровод, як і слід було очікувати.
Бджіл годують в кінці тунелю. Повернувшись у вулик, вони танцювали танець віглу. Незважаючи на те, що загальна відстань від вулика (41 м) все ще перебувала в межах «круглого» діапазону, складність декорацій пройшла в останні 6 м, викликала танець вигулу.
Бджіл годують в кінці тунелю, прикрашеного горизонтальними смугами. Вони не створювали мерехтіння, коли бджоли літали, а після повернення у вулик вони танцювали хоровод.

Ви можете прочитати про цей другий набір експериментів в Srinivasan, et. al., Наука, 4 лютого 2000 року.

Новобранці реагують на дезінформацію, надану повертаються розвідниками

Зовсім недавно групи Esch і Srinivasan об'єдналися, щоб показати, що наївні фуражери обманюються дезінформацією, яку дають їм повертаються розвідники. Коли розвідників годували лише 11 м від вулика, але в дальньому кінці смугастого тунелю, вони танцювали танець вигулу назад у вулику, ніби їжа була на відстані 70 м. Більшість працівників, яких вони набрали, вилетіли (минаючи тунель) на 70 м шукали їжу. Ви можете прочитати про ці експерименти в Ungless, et. al., Nature, 31 травня 2001 року.

Напрямок

Само по собі знання про те, що їжа знаходиться в 6 кілометрах (3,7 милі), не дуже корисно. Але фон Фріш також зазначив, що напрямок прямої частини танцю вагле варіювалося з напрямком джерела їжі з вулика і часом доби.

У будь-який час напрямок змінюється з розташуванням їжі.
При нерухомому джерелі їжі напрямок змінюється на той же кут, що і сонце під час його проходження по небу.

Але

Сонце не видно всередині вулика.
Розвідники танцюють на вертикальній поверхні гребінців.

Як же тоді переводять кути польоту в затемненому вулику?

На малюнку показана залежність між кутом танцю на вертикальній гребінці і виносом сонця щодо розташування їжі. Коли їжа і сонце знаходяться в одному напрямку, пряма частина танцю виганяє спрямована вгору. Коли їжа знаходиться під деяким кутом вправо (синє) або ліве (червоне) від сонця, бджола орієнтує пряму частину свого танцю під однаковим кутом вправо або вліво від вертикалі.

Використовуючи радар для відстеження окремих бджіл, набраних танцем waggle, Riley, J. R., et al., (Природа, 12 травня 2005) показали, що новобранці дійсно літають у зазначеному напрямку. Вони навіть регулюють траєкторію польоту, щоб компенсувати здуття курсу вітром. Однак їх курс рідко настільки точний, що вони можуть знайти їжу без допомоги зору та/або запаху, коли вони наближалися до неї.

Інші особливості

Почуття часу

Коли розвідники залишаються у вулику протягом тривалого періоду, вони зміщують напрямок прямої частини танцю виглів у міру настання дня (і напрямок сонця змінюється). Але сонце вони не можуть бачити в затемненому вулику. Очевидно, що вони «усвідомлюють» час, що минає і вносять необхідні виправлення.

Почуття часу медоносних бджіл давно відомо людям, які щодня мають солодкі закуски в своєму саду. Протягом декількох хвилин від звичайного часу, кормові бджоли прибувають за своєю часткою варення. Швидкість годин бджоли, здається, пов'язана з його швидкістю метаболізму. Якщо зазвичай пунктуальні бджоли охолоджені (щоб знизити швидкість метаболізму) або піддаються знеболюючій концентрації вуглекислого газу, вони пізно прибувають до столу для пікніка (графік вище).

Поляризоване світло

фон Фріш також виявив, що розвідники (і фуражери) насправді не повинні бачити сонце, щоб орієнтуватися. Поки вони бачать невеликий ділянку ясного блакитного неба, вони прекрасно уживаються. Це пояснюється тим, що світло неба частково поляризований, а площина поляризації в будь-якій частині неба визначається розташуванням сонця. Спробуйте, обертаючи пару сонцезахисних окулярів polaroid®!

Роїння

Перед тим як з'явиться нова королева, стара королева залишає вулик, забираючи з собою багатьох робітників. Зазвичай рій осідає десь, наприклад, на гілці дерева, а розвідники відправляються на пошуки нового будинку. Кожен розвідник, який знаходить перспективну ділянку, повертається в рій і танцює на ньому так само, як ніби знайшла їжу. Зрештою, рій відходить на місце, просунуту найбільш енергійно. Як тільки новий вулик буде встановлений, багато розвідників, які знайшли ділянку, стануть розвідниками їжі.

Стрижка

Працівники мають інший тип танцю — швидко вібруючий з боку в бік - який говорить іншим працівникам, що їй потрібна допомога у видаленні пилу, пилку тощо з важкодоступних місць на тілі.