大黃蜂是昆蟲世界中舉足輕重的動(dòng)物，能夠以幾乎自己的體重在機(jī)上的花蜜中飛回蜂巢。2月5日發(fā)表在《科學(xué)進(jìn)展》上的一項(xiàng)研究顯示了它們的工作方式-蜜蜂表現(xiàn)出的行為靈活性比您從冒犯的昆蟲所期望的更大。

加利福尼亞大學(xué)戴維斯分校生物科學(xué)學(xué)院研究員蘇珊·加格里爾迪(Susan Gagliardi)說：“它們可以承擔(dān)其體重的60%，70%或80%的飛行重量，這對(duì)我們四處走走來說將是巨大的負(fù)擔(dān)。” 。“我們很想知道他們是如何做到的，以及將食物和補(bǔ)給品帶回蜂巢需要多少費(fèi)用。”

神經(jīng)生物學(xué)，生理學(xué)和行為學(xué)系副教授Gagliardi和Stacey Combes測(cè)量了大黃蜂在專門設(shè)計(jì)的室內(nèi)(倒空的雪球)中飛行所消耗的能量。他們將小塊焊錫絲附著在蜜蜂上以調(diào)節(jié)體重。

加利亞爾迪說：“我們把蜜蜂放在一個(gè)小房間里，我們測(cè)量它們產(chǎn)生的二氧化碳。它們主要是燃燒糖，因此您可以直接知道它們飛行時(shí)使用了多少糖。”

他們還使用高速視頻檢查機(jī)翼的節(jié)拍和運(yùn)動(dòng)。

康比斯說，大黃蜂的飛行方式與飛機(jī)完全不同。當(dāng)空氣在飛機(jī)機(jī)翼或旋翼葉片上平穩(wěn)流動(dòng)時(shí)，蜜蜂將其機(jī)翼相對(duì)于空氣成大角度移動(dòng)，從而產(chǎn)生繞機(jī)翼卷曲的渦流。這產(chǎn)生的升力要比平穩(wěn)的氣流大得多，但由于渦旋迅速分解，因此不穩(wěn)定。蜜蜂能夠通過快速移動(dòng)翅膀來維持飛行。

兩種飛行模式

由于大黃蜂會(huì)從它們所攜帶的花蜜中帶走燃料，因此它們?cè)陲w行時(shí)應(yīng)該變得更輕，并消耗更少的能量。令他們驚訝的是，康姆斯和加利亞爾迪發(fā)現(xiàn)，當(dāng)蜜蜂重載時(shí)，它們實(shí)際上可以在單位負(fù)載下使用更少的能量。

康比斯說：“他們?cè)陲w行更重的負(fù)載時(shí)會(huì)更經(jīng)濟(jì)，這在能量學(xué)方面沒有任何意義。”

仔細(xì)觀察，研究人員發(fā)現(xiàn)大黃蜂有兩種不同的方式來應(yīng)對(duì)不斷增加的負(fù)荷。當(dāng)它們承受更大的負(fù)荷時(shí)，它們總是會(huì)增加沖程幅度(機(jī)翼拍打的距離)，但這不足以獨(dú)自支撐額外的重量。為了彌補(bǔ)這種差異，蜜蜂可以提高機(jī)翼拍頻率，從而產(chǎn)生更大的升力并增加能量消耗。

但是蜜蜂也有一種替代的，微妙的飛行模式，它使蜜蜂能夠承受較重的載荷，而消耗的能量卻少于增加拍打頻率時(shí)的能量。

康姆斯說，雖然這種“經(jīng)濟(jì)模式”可能涉及機(jī)翼在行程之間反向旋轉(zhuǎn)的方式發(fā)生變化，但目前尚不清楚。但這是蜜蜂可以選擇做或不做的事情。

Combes說：“事實(shí)證明，這是他們?cè)谌绾沃С重?fù)載方面做出的行為選擇。”當(dāng)蜜蜂輕載或休息時(shí)，它們更有可能增加翼拍頻率。當(dāng)它們承受更重的負(fù)荷時(shí)，它們會(huì)切換到神秘的經(jīng)濟(jì)模式，從而產(chǎn)生足夠的力來支撐負(fù)載，而拍動(dòng)頻率只有很小的增加甚至減少。

經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定

如果蜜蜂在飛行時(shí)可以節(jié)省能量，為什么他們不一直使用這種經(jīng)濟(jì)模式?尚不明確，但是高機(jī)翼拍頻可能具有性能優(yōu)勢(shì)，例如在保持湍流空氣中的穩(wěn)定性或避免障礙物方面，康姆斯說。

她說，這項(xiàng)工作促使康貝斯看到昆蟲的方式發(fā)生了變化。

“當(dāng)我開始從事這一領(lǐng)域時(shí)，傾向于將它們看作是小型機(jī)器，我們認(rèn)為它們?cè)诹阖?fù)載時(shí)會(huì)扇動(dòng)翅膀，而在它們承受50%負(fù)載時(shí)會(huì)扇動(dòng)翅膀，而每只蜜蜂都會(huì)這樣做。每次都一樣。”她說。“這使我們意識(shí)到這是一種行為，他們會(huì)選擇做什么。即使在不同的日子出現(xiàn)同一只蜜蜂，也會(huì)選擇一種振翅高飛的新方法。”

該論文的其他作者是華盛頓大學(xué)西雅圖分校的卡林·斯威策(Callin Switzer)和拉勒米懷俄明大學(xué)的邁克爾·狄倫(Michael Dillon)。這項(xiàng)工作得到了美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)的部分資助。