Феномен медоносной пчелы. Биология суперорганизма - Юрген Тауц Страница 32

Как только были поняты особенности этого способа обмена информацией, стало ясно, что сот – это не строго определенная линия передачи вибрационных сигналов, подобно тому как стебель растения служит для проведения сигналов, выстукиваемых некоторыми насекомыми. Похоже, пчелы обнаружили сложное взаимодействие между физическими свойствами воска и собственным коммуникационным поведением.

Ячейки сотов открыто гнездящихся гигантских и карликовых индийских пчел не имеют утолщенных каемок. Эти открыто гнездящиеся пчелы образуют колонии, состоящие из тысяч пчел, которые сцепляются вместе в виде живого мешка вокруг сотов. Значительная часть информационного обмена происходит там, а не на сотах. В противоположность им пчелы, которые гнездятся в пустотах, проводят бóльшую часть своей жизни на самом соте. Утолщенные каемки сотов образуют единую сеть, которая опирается на тонкие стенки ячеек и легко сдвигается на небольшие расстояния на плоской поверхности сота, словно сетка футбольных ворот, когда ее петлю тянут в сторону. Такие колебания могут распространяться по всему соту в виде смещений утолщенных каемок ячеек. Они представляют собой не продольную и не поперечную форму волны, а скорее высокоскоростные деформации. Эта «всесотовая сеть» лучше всего передает сигнал в диапазоне частот между 230 и 270 Гц (герц, количество циклов в секунду), и амплитуда колебаний в этом частотном окне даже усиливается вне зависимости от того, заполнены ли ячейки медом или нет. Запечатывание ячейки крышечкой останавливает распространение колебаний, поэтому, когда пчела танцует на запечатанных ячейках, на пустых ячейках по соседству с запечатанной областью нельзя зарегистрировать никаких колебаний. Однако если область запечатанных ячеек расположена в виде островка, окруженного открытыми ячейками, то колебания распространяются вокруг островка именно в таких ячейках. Тот факт, что передача лучших частот колебаний не зависит от того, полна ячейка или пуста, удивителен и делает структуру сотов интересным объектом изучения для инженеров. Очевидно, что соты обладают не только структурными свойствами, которые достойны подражания, вроде высочайшей прочности при использовании минимального количества материала, но и чрезвычайно полезными для некоторых технологий динамическими свойствами. То, что механическая погрузка не оказывает никакого влияния на распространение сигнала, весьма неожиданно, и, возможно, привело к развитию этой всесотовой системы связи.

Рис. 7.23 Ячейки сотов медоносных пчел состоят из очень тонких восковых стенок; их верхние края выступают в виде каемок толщиной около 0,4 мм

Скорее всего, уже не будет неожиданностью узнать, что узкая полоса частот 230–270 Гц, которые соты передают лучше всего, совпадает с диапазоном частот колебаний, производимых в форме коротких импульсов танцующей пчелой в «фазе» виляния (см. также главу 4). Очевидно, медоносные пчелы, которые до мелочей контролируют постройку сотов, прокладывают свою телефонную сеть таким образом, что она проводит их собственные коммуникационные частоты лучше всех прочих. Свойства материала, архитектура сотов и поведение пчел превосходно согласованы друг с другом.

Существуют три аспекта, которые стоит рассмотреть более подробно.

• Какие возможности для настройки телефонной сети доступны пчелам?

• Возможны ли в телефонной сети отдельные каналы связи или же одновременно возникающие сеансы обмена информацией становятся помехами друг для друга?

• Каким образом отфильтровывается постоянно присутствующий фоновый шум 10 000 пчел?

Настройка телефонной линии

Температура восковых сотов – это фактор, который оказывает самое большое влияние на настройку телефонной сети. Механическое сопротивление воска колебаниям снижается с повышением температуры, и пчелам становится все легче и легче устанавливать сеть на приходящих в движение верхних краях стенок ячеек. Это может быть осуществимо только при температуре не выше 34 °C, но, если температура воска поднимется выше, вся система рухнет, потому что воск становится таким мягким, что скорее исказит вибрацию, чем передаст ее. После начального запуска утром, в первые часы деятельности колонии по сбору пищи, температура краев ячеек на танцплощадке пчелиной колонии возрастает до оптимального температурного диапазона. Пчелы также грамотно поддерживают температуру танцплощадки, пользуясь своими способностями к терморегуляции.

Рис. 7.24 Пчелы укрепляют прополисом края ячеек, которым нужна механическая поддержка

Пчел можно довести до предела их способности управлять температурой воска, если перевезти всю пчелиную колонию в другое место и подвергнуть ее действию экстремальных климатических условий, когда нагретым оказывается сразу все гнездо. В этом случае пчелы задействуют стратегию, известную в строительстве как использование модифицирующих добавок. Если температура воска, определяющая колебательные свойства стенок ячейки, больше не соответствует требованиям, пчелы примешивают прополис в качестве добавки к воску по краям ячеек (рис. 7.24). Пропорции, в которых смешиваются воск и смола, и их пространственное распределение отрегулированы так, чтобы резонансные свойства воска находились в правильно настроенном диапазоне.

Прополис добавляется путем подмешивания его маленьких полосок в воск. В итоге получаются каемки и стенки ячеек, построенные из композитного материала вроде того, что создают строительные инженеры, желающие придать большому куску бетона более высокую плотность и стойкость на растяжение. Маленькие кусочки металла добавляются к жидкому цементу, чтобы сделать его прочнее.

Рис. 7.25 Соты, которые пчеловоды окружили деревянными рамками со всех сторон: это препятствует горизонтальным смещениям «всесотовой сети», и связь сильно нарушается. Пчелы видоизменяют соты, на которых проводятся танцы, оставляя промежутки между сотами и рамкой, тем самым давая вибрационным сигналам возможность распространяться

Преобладающие климатические условия – не единственный фактор, оказывающий влияние на процесс постройки сотов. Некоторые приемы пчеловодов могут неумышленно мешать работе телефонной сети пчел. Чтобы облегчить выемку сотов из улья, пчеловоды заключают их в деревянные рамки. Рамка, которая полностью окружает соты со всех сторон, ограничивает движения поверхностной сети, которые не могут распространяться поперек краев ячеек, – больше не будет свободного края, который может удлиняться и сокращаться. Это не доставляет проблем пчелам на тех сотах, где они не танцуют. Такие соты остаются нетронутыми в том виде, в каком их установил пчеловод. На сотах, где происходят танцы, пчелы оставляют большие промежутки между воском и деревянными рамками (рис. 7.25), и тем самым передача сигнала полностью восстанавливается.

Отдельные каналы в системе вибрационной связи

Мельчайшая вибрационная помеха распространяется по всем уголкам сота по расположенной на его поверхности сети каемок ячеек. Как же избежать взаимных помех, создаваемых группами, исполняющими различные индивидуальные танцы (рис. 7.26), если они происходят одновременно?

Проблема решается просто количеством пчел, присутствующих на участках. Деформации поверхностной сетчатой структуры будут распространяться на большие расстояния между редкими группами пчел, сидящими далеко друг от друга. В местах, где высока плотность пчел, нагрузка на сот также высока, и это производит такой же эффект, как запечатывание ячейки крышечкой. Колебания заглушаются и распространяются лишь на несколько сантиметров. Область распространения