无刺四角蜂像水晶一样建造它们的梳子

2022-03-03 / 作者:猫咪资讯 / 来源:网络整理 / 阅读:1016 /
内容摘要:
根据剑桥大学研究人员领导的一项新研究,驱动原子或分子聚集成晶体的过程与驱动四方蜂属无刺蜜蜂制造梳子的过程具有相同的数学结构。两种无刺蜂四角蜂的梳子,显示了四角蜂的(左上)目标图案结构,(右上)四角蜂的螺旋,(左下)双螺旋四角蜂和(右下)更无序的四角蜂梯田。影像学分:Elke Ha......

根据剑桥大学研究人员领导的一项新研究,驱动原子或分子聚集成晶体的过程与驱动四方蜂属无刺蜜蜂制造梳子的过程具有相同的数学结构。

Combs of two species of the stingless bee Tetragonula showing structures of (top left) target patterns of Tetragonula carbonaria, (top right) spirals of Tetragonula carbonaria, (bottom left) double spirals Tetragonula carbonaria and (bottom right) more disordered terraces of Tetragonula hockingsi. Image credit: Elke Haege / Tim Heard.

两种无刺蜂四角蜂的梳子,显示了四角蜂的(左上)目标图案结构,(右上)四角蜂的螺旋,(左下)双螺旋四角蜂和(右下)更无序的四角蜂梯田。影像学分:Elke Haege/Tim head。

四方蜂是无刺蜂(Meliponini)部落中的一个超过30种的属,发现于澳大利亚、新几内亚、印度尼西亚、菲律宾、所罗门群岛、马来西亚、泰国、斯里兰卡和印度。

这些蜜蜂是黑色或深棕色的,但它们的脸和侧面有浓密的白色皮毛。它们的长度在3到4毫米之间,没有刺,因此对人类无害。

四角蜂高度群居,一只蜂王与多达一万只工蜂的比例,等级森严。

它们自然地在中空的树干、树枝和岩石缝隙中筑巢。它们为几种关键的热带作物授粉,并将蜂蜜和花粉储存在蜂巢中。

该论文的主要作者、剑桥大学、格拉纳达大学和维也纳兽医大学梅瑟利研究所的席尔瓦纳·卡多佐教授和她的同事说:“四角藻属的各种物种构建了带有开放3D结构的育巢梳,这些结构由一个接一个的梯田组成。

工蜂在每个平台的边缘添加新的细胞,然后每个细胞填充一个鸡蛋,并在重复这个过程之前关闭

“由此产生的形态与我们在晶体生长中看到的相似,晶体在原子或分子的阶梯中一个接一个地生长。”

“同样,尽管蜜蜂可以在梯田之间自由移动& # 8212;楼层是开放的,这样蜜蜂就可以像多层停车场一样在它们之间穿行。蜜蜂被发现集中在这些3D结构的梯田里。”

Combs of Tetragonula carbonaria: (left) the open structure is like a multi-storey car park or, in this case of a spiral ramp, like the Guggenheim museum in New York; (right) worker bees are observed to spend time clustered at the growing edges of terraces. Image credit: Tim Heard.

quartgonola carbonaria的Combs:(左)开放式结构像一个多层停车场,或者,在这种情况下是一个螺旋坡道,像纽约的古根海姆博物馆;(右)工蜂聚集在梯田的生长边缘。影像学分:蒂姆·赫德。

卡多佐教授和合著者旨在研究四方蜜蜂是如何创造出如此复杂的巢梳结构的。

研究人员检查了蜜蜂巢,发现了各种各样的结构,这些结构可以分为:目标(即靶心形)图案、螺旋、双螺旋和更无序的梯田。

然后,他们使用数学建模来模拟四方梳的结构。

“我们的模型显示了必要的最小复杂性& # 8212;蜜蜂需要的最小信息量& # 8212;能够建造这样一个结构,”他们解释道。

“有人认为蜜蜂可能在使用一些设定的整体计划& # 8212;例如& # 8212;通过扩散化学物质。但我们的模型表明,如果他们有一套小的行为规则可以遵循,他们就不需要这样的整体计划。”

因此蜜蜂行为是由一些因素决定的:压力测量、化学测量或尺寸/平整度测量。蜜蜂感知环境中的某些东西,进行某种计算,然后做一些事情。”

“但一种观点和另一种观点的根本区别在于,在一种情况下,只有本地信息可用;另一种观点认为,全球信息是可用的,尽管是在本地取样的。”

该团队的模型表明,与晶体结构一样,Tetragonula蜂梳结构也可以是自组织的结果。

科学家们说:“晶体生长和蜂巢构建是在非常不同的科学领域运行的两个系统。

“那么是什么导致了类似的结构呢?这就是数学对自然的适用性之美。”

“事实证明,在不同的科学领域,相似的定律和相似的原理往往支配着非常不同的系统的形成,因此可以用相同的数学来描述。这是其中之一。”

"晶体生长和这种蜂巢结构都可以用可激发介质的数学框架来描述."

“晶体、黏菌、大脑、心脏、化学振荡器、森林火灾和许多其他系统都可以作为可兴奋的介质。在这种情况下,蜜蜂也在做梳子。”

这项研究发表在《皇家社会界面杂志》上。

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蜜蜂四边形像水晶一样建造它的梳子。J. R. Soc。接口17:20200187;doi: 10.1098/rsif.2020.0187


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