Пчелиные инженеры: как создаются соты в сложных условиях

В жаркий летний день в Колорадо европейские медоносные пчелы (Apis mellifera L.) роятся у ульев, строя свои восковые дома. Строительство улья – это удивительный пример коллективного решения сложной инженерной задачи. «У каждой пчелы есть немного воска, и каждая знает, куда его прикрепить, но мы очень мало понимаем, как они принимают эти решения», – говорит Орит Пелег, доцент Университета Колорадо в Боулдере. В новом исследовании, опубликованном в журнале PLOS Biology, ее группа в сотрудничестве с инженерами-аэрокосмонавтами предложила новый взгляд на то, как пчелам удается творить свою строительную магию даже в самых неблагоприятных условиях.

Создание улья – чрезвычайно ресурсоемкий процесс. Все начинается с меда – суперпродукта, который помогает пчелиным колониям пережить зиму. Чтобы произвести около 450 граммов меда, пчелам нужно посетить примерно 2 миллиона цветков. Затем, чтобы выработать всего 30 граммов воска, каждая рабочая пчела должна съесть почти 230 граммов меда. В идеальных условиях соты состоят из почти совершенных шестигранных ячеек. Математически такая форма является самой эффективной – она позволяет создать максимальное пространство для хранения при минимальном расходе воска. Однако, если поверхность для строительства неровная, пчелам приходится тратить еще больше ресурсов, а получившиеся соты могут быть менее пригодными для использования.

Основной целью исследования было понять, как пчелы сообща решают структурные проблемы, с которыми они сталкиваются. «Мы хотели выявить правила принятия решений в распределенной колонии», – отмечает Гольнар Гаруни Фард, ведущий автор работы. Для этого исследователи напечатали на 3D-принтере панели-основания с неглубокими шестиугольными узорами разного размера – одни крупнее, другие мельче, третьи – стандартные. Эти панели поместили в ульи, предоставив пчелам в качестве «строительных площадок».

С помощью рентгеновской микроскопии ученые проанализировали соты, которые пчелы построили на разных основаниях. Оказалось, что насекомые применяли различные стратегии адаптации: они объединяли ячейки, наклоняли их под углом или наслаивали друг на друга, чтобы создать пригодную к использованию конструкцию. По словам доцента Франсиско Лопеса Хименеса, предоставление пчелам различных поверхностей было похоже на решение головоломок. «Все это происходит и в природе. Если они строят соты на дереве и доходят до конца ветки, она может быть не идеально ровной, и им нужно найти решение», – объясняет он.

Хотя механизмы выбора конкретной стратегии пчелами еще предстоит изучить, команда видит множество возможных применений для своих открытий. Например, медовые соты могут вдохновить на создание легких и эффективных конструкций, используемых в аэрокосмической инженерии. Лопес Хименес также сравнивает процесс строительства сот с 3D-печатью, где каждая пчела постепенно добавляет крошечные частицы воска к общей структуре. «Пчелы работают по очереди, они самоорганизуются, и мы не знаем, как это происходит. Можем ли мы научиться у них организации труда и распределению задач?», – задается вопросом ученый.