科学家揭开无刺蜜蜂螺旋蜂巢的数学谜团

周三发表在《皇家学会界面杂志》(Journal Of The Royal Society Interface)上的一项研究显示，同样的数学模型可以解释晶体是如何生长的，也可以解释热带无刺蜜蜂是如何建造螺旋形、多阶梯形状的蜂巢的。

来自四角形蜂属的蜜蜂擅长用六角形蜂蜡细胞建造复杂的建筑壮举。Brandon Specktor为Live Science报道，每个单独的细胞既是鸡蛋的着陆点，也是可以长到20层高的结构的积木。无刺蜜蜂的蜂巢可以有几种形状，包括牛眼中的成堆的圆圈、螺旋形、双螺旋形和一组杂乱无章的梯田。

蜜蜂如何以及为什么在没有任何蓝图的情况下形成复杂的形状让科学家们感到困惑，但研究人员表明，每只蜜蜂可能都遵循几条简单的规则。

西班牙国家研究委员会的自然数学专家朱利安·卡特赖特告诉Live Science，每只蜜蜂基本上都遵循一种算法。当每只蜜蜂在蜂巢的不同部分遵循相同的规则时，总体上就会出现一种模式。

他补充说，卡特赖特以前也见过同样的规则。这种模式也出现在珍珠母软体动物身上，卡特赖特在转向蜜蜂之前对其进行了研究。两者都遵循着一个模式--最早研究于20世纪50年代--即晶体是如何形成螺旋形的。

我们中的一个-安东尼奥·奥苏纳给我看了一些蜂巢的照片，我被吸引住了，卡特赖特告诉科学警报的杰辛塔·鲍勒。从那时起，我们就成了研究这些图案在蜜蜂身上是如何出现的案例了，我们能够从观察晶体生长和软体动物如何制造珍珠层(珍珠母)中得到一些想法，这两种图案都显示出与蜜蜂非常相似的螺旋和目标图案。

蜜蜂都使用六边形的积木，这种积木的形状周长最短，可以紧密地结合在一起，这使得它们对蜡的利用最有效。但卡特赖特和他的合著者发现，无刺蜜蜂的计算机模型可以通过遵循两个简单的规则来模仿它们的自然同行。

数字蜂箱从一个蜂窝开始，然后工蜂有两个选择：它们可以在蜂箱生长的一侧增加另一个蜂窝，但略高于其他蜂巢；或者它们可以将蜂窝堆叠在较低层的顶部，只要它离边缘足够远。计算机模型得出的蜂巢形状与蜜蜂在自然界中创造的形状相同。

研究人员改变了变量，如新添加到增长边缘的随机性，以产生不同的最终模式。他们写道，在晶体中，这种随机性类似于导致不同形状的杂质。在蜜蜂中，这种随机性影响了数字昆虫与邻居平铺六边形的技能。

有31种四钩蜂，原产于大洋洲。蜜蜂通常通过它们创造的蜂巢模式来区分。研究人员认为，个体工蜂规则的细节可能是遗传编码的，以创造它们的物种最擅长的复杂结构。

昆虫学家蒂姆·希尔德2018年在国家地理杂志上告诉伊莱娜·扎乔斯，螺旋形对蜜蜂的确切好处尚不清楚，但它可能会改善蜂箱中的气流，或者可能帮助蜂王更好地导航回家。

但其核心是，计算机模型显示，蜜蜂的模式仍然基于支配地球上所有物质的基本化学规则。

研究人员在他们的论文中写道：“晶体生长和蜂巢结构是在非常不同的科学领域中运行的两个系统。”“那么是什么导致了类似的结构呢？这就是数学适用于自然的美妙之处。“