Исследователи из Калифорнийского университета в Боулдере впервые использовали  рентгеновскую  компьютерную томографию  (также известную как компьютерная томография), чтобы заглянуть внутрь стаи медоносных пчел .  

Сканирование дает более глубокий взгляд на этих скромных насекомых: пчелы, как обнаружила группа, не собираются вместе в случайную группу. Вместо этого они, кажется, образуют куполообразные структуры, следуя удивительно сложным математическим правилам, или тому, что исследователи называют «законом масштабирования». Результаты могут однажды помочь инженерам спроектировать более устойчивые здания или даже стаи крошечных роботов, которые ведут себя во многом как насекомые, говорит старший автор исследования Орит Пелег . 

И пчелы могут достичь всего этого, несмотря на то, что их мозг размером с песчинку.  

«Я изучал физику, и эти законы для меня не очевидны», — сказал Пелег, доцент  Института биограницы  и  факультета компьютерных наук Калифорнийского университета  в Боулдере. «Но пчелы каким-то образом знают, как устроиться, чтобы сохранить свою механическую стабильность». 

По словам Ольги Шишковой , ведущего автора исследования и научного сотрудника Peleg Lab в BioFrontiers, заставить  пчел сидеть неподвижно для получения рентгеновских снимков потребовалось немало усилий.

Во-первых, исследователи полагались на маток медоносных пчел, чтобы уговорить тысячи рабочих пчел объединиться в рои в лаборатории — эти структуры, которые часто висят вверх ногами, немного напоминают извивающуюся форму для желе. Затем команда повернула эти рои перед небольшим компьютерным томографом, изначально разработанным для ветеринарных больниц.  

Усилия увенчались успехом: метод группы настолько точен, что вы можете выделить отдельных пчел на 3D-сканах. Изображения могут дать ученым новый инструмент для понимания того, как пчелы и другие социальные насекомые создают такие меняющие форму «сверхорганизмы». 

«Одна вещь, которую мы хотим знать, — это то, как пчелы реагируют на разные температуры», — сказал Шишков. «Если на улице холодно, как они сохраняют тепло внутри роя? Если жарко, как они сохраняют прохладу?» 

Заглянуть внутрь 

Он начинается с бесстрашного путешествия: Пелег объяснил, что, когда пчелиные ульи становятся слишком тесными, пчелиные матки улетают искать другое место для жизни. Королевы приносят с собой тысячи рабочих пчел, которые время от времени собираются вокруг королевы, чтобы обеспечить ее безопасность — жужжащая, колеблющаяся деталь безопасности. 

«Вы можете найти эти рои, свисающие практически с любой поверхности, от деревьев до скамеек и автомобилей», — сказал Пелег. «Это великолепные маленькие собрания». 

Они также очень гибкие. Например, в предыдущем исследовании Пелег и ее коллеги встряхнули рой пчел, чтобы попытаться имитировать силу порыва ветра. В ответ пчелы распластались в форме блина, помогая им оставаться устойчивыми среди суматохи. 

Одна вещь, однако, ускользала от команды Пелега: «До сих пор мы не могли заглянуть внутрь роя и увидеть, что происходит». 

Положите вес на меня 

Для этого группа, в которую входили студенты бакалавриата CU Boulder Клаудия Чен и Клэр Эллисон Мадонна, просканировала 11 роев пчел, содержащих от 4000 до 10000 насекомых. 

По расчетам исследователей, пчелиный рой работает как пирамида группы поддержки. Больше пчел собирается вокруг основания роя, а затем редеет по мере того, как они поднимаются вверх. Пчелы также, кажется, устроены так, что ни один слой не должен нести больше своей справедливой доли веса. С математической точки зрения структура следует закону масштабирования, в котором каждый слой поддерживает вес, примерно равный его собственному весу в полуторной степени. 

«Этот закон масштабирования означает, что каждый слой в конечном итоге использует такое же количество доступной силы, как и любой другой слой», — сказал Шишков. 

В том же исследовании Шишкова и ее коллеги протестировали пчел, чтобы рассчитать, какой вес может нести одна медоносная пчела. Оказывается, пчела может поднять в среднем около 35 других пчел. Пчелы в рое поднимают не более четырех других пчел.  

Законы масштабирования, подобные тому, который обнаружила команда, распространены в природе, объясняет соавтор исследования Каушик Джаярам. Среди людей-тяжелоатлетов, например, количество гантелей, которые вы можете поднять, имеет тенденцию варьироваться в зависимости от того, сколько вы весите — соотношение, которое следует удивительно последовательной математической формуле. 

«По-видимому, такие же законы применимы и к пчелам», — сказал Джаярам, ​​доцент  кафедры машиностроения Пола М. Рэди . «Существование этого закона масштабирования намекает на то, что могут существовать общие принципы организации подобных структур, о которых мы пока не знаем». 

Шишкову, со своей стороны, нравилось работать с пчелами — без запасов меда для защиты маленькие насекомые не жалили ее (слишком сильно). 

«Они удивительно дружелюбны в стае, — сказал Шишков. 

Источник