聪明的木工帮助蜜蜂修复野生蜂巢

凭借其明显的六边形图案，蜂窝是动物工程的奇迹。为了实现在生活中罕见的几何规律，蜜蜂通过排列一排一排相同的六边形细胞来构建梳子，这些六边形细胞本身以六边形对称的互锁图案排列——因此，如果将其旋转 60°，则该图案看起来完全相同和以前一样。该设计最大限度地扩大了蜂蜜的储存面积，同时最大限度地减少了所需的蜡量。蜜蜂已经进化到即使在形状奇特的生活区（例如树干内部）也能制作普通的梳子。现在，多亏了计算机成像的一些帮助，科学家们对他们如何做到这一点有了更好的了解。奥本大学的行为生态学家、团队负责人迈克尔史密斯说：“这些女孩有一些诡计。”制造蜂巢的挑战之一来自它们的集体和无人监督的建造，在那里储存食物和蜜蜂生长。蜜蜂开始同时在蜂巢的不同位置建造蜂巢，向下工作。昆虫最终必须加入这些部分，这些部分通常不会均匀排列。那么蜜蜂如何将这些碎片连接成一个坚固的梳子呢？为了找到答案，史密斯和他的同事分析了 23 个蜡梳的照片，并使用计算机测量了其中 19,000 多个单独蜡细胞的大小、形状和方向。研究中的梳子不同于蜜蜂在商业蜂巢中制作的梳子，后者包含压花模板以鼓励一致的构造。由于缺乏这些辅助工具，研究中的蜜蜂会产生像自然界中的蜂巢一样的蜂巢，各个部分分别以不同的角度建造。当这些部分彼此靠近时，它们会在不规则的间隙处相遇，标准问题的六边形不适合。相反，蜜蜂通过建造大小和形状不规则的细胞来填补空白。研究小组本周在《美国国家科学院院刊》上报告说，这些细胞的范围从四个边到多达九个，比蜜蜂通常采用的几何多样性要多得多。科学家们已经知道蜜蜂会制造这些不寻常的细胞，但测量它们很乏味。自动化图像分析使团队能够寻找和量化模式。而且，事实证明，蜜蜂不仅仅用不同形状的细胞的随机分类来填补空白。相反，奇数单元的某些组合经常出现，例如由一个五边单元和一个七边单元组成的对。这种对的链也出现在自然界另一种引人注目的六边形图案中，即石墨烯中原子的排列，石墨烯是一种由单层碳原子组成的晶体。在一片石墨烯中，五七对出现在“晶粒”之间的边界处，其中六边形图案的方向不同。

在石墨烯中，五对七对链减少了材料中被压抑的能量，巧合的是，使晶体更硬、更坚固。史密斯及其同事现在正试图找出蜜蜂是否采用相同的模式来增加梳子的强度，或者因为从几何角度来看，这是最容易做的事情。昆虫有时还必须加入一个用于容纳较小类型的雌性幼虫（那些将成熟为工蜂）的梳子和另一个用于容纳较大类型的雄性幼虫（那些长大成为生殖雄蜂的幼虫） .为此，六足工程师采取了不同的策略。研究小组发现，它们将两种类型的部分连接在一起，成排的六边形尺寸逐渐增加。这项研究“显示了整个蜜蜂系统的灵活性，”比勒陀利亚大学的行为生态学家 Christian Pirk 说，他没有参与这项研究。他说，未知的是蜜蜂在多大程度上通过远见和总体计划或在每一步应用的简单规则集来解决架构挑战。 Pirk 认为这些构建技术涉及无意识的决策。最少量的信息（不是主蓝图）用于构建复杂的结构，类似于按数字着色。 “即使你不知道你在画什么，图片仍然会出现。”他指出，这也可能部分来自反复试验，因为如果蜡细胞不合适，蜜蜂会迅速拆除它们。乌迪内大学的昆虫学家弗朗西斯科·纳齐（Francesco Nazzi）没有参与这项研究，他说，更多的见解可能来自观察蜜蜂建造蜡梳的情况。这很难做到，因为昆虫在黑暗中工作，但史密斯说这是他实验室的优先事项。研究人员摆弄蜡细胞以破坏建筑的实验可能会揭示可能涉及多少行为灵活性和规划。 Orawan Duangphakdee 是 King Mongkut 的吞武里技术大学的蜜蜂生物学家，没有参与这项工作，她说她已经对证据和蜜蜂印象深刻。 “蜜蜂的认知能力多棒啊。”