Fúze, torze a pětiúhelníky: geometrie voštin

Včely mají několik působivých výkonů. Nejen, že si pamatují umístění dobrých zdrojů potravy, ale jsou schopni sdělovat tyto informace svým vrstevníkům. Rovněž se starají o svá mláďata a organizují útoky proti vetřelcům.

Jsou také velcí stavitelé. Téměř každý plástev v buňce je dokonalý šestiúhelník a každá strana má stejnou délku. A to navzdory skutečnosti, že včely musí pro dělníky a drony stavět šestiúhelníky různých velikostí a často jsou zabudovány voštiny, které začínají na protilehlých stěnách úlu. Jak zvládají tyto komplikace?

Nový dokument používá automatizovaný systém analýzy obrazu k identifikaci různých způsobů, kterými včely tyto transformace řídí. Vědci, kteří systém vyrobili, zjistili, že včely vidí problémy přicházející předem a začaly provádět menší úpravy, které nakonec pomohou vyhnout se potřebě větších změn.

zůstaňte pravidelní

Dotyčné včely jsou včely, i když řada dalších druhů vytváří šestihranné struktury. Pravidelnost šestihranných matic včel je pozorována od 5. století našeho letopočtu a novější měření ukazují velmi malý rozdíl mezi většinou z nich: každá strana šestiúhelníku je obvykle velmi blízká délce ostatních.

To se děje navzdory řadě hlavních výzev. Především mnoho pracovníků přispívá ke konstrukci každého plástve, takže pravidelnost nelze vysvětlit pouze zapojením jednoho pracovníka do řady instinktivních pohybů. Hnízda navíc potřebují dvě různě velké voštiny, protože používají odlišné velikosti pro pracovníky (většina hnízda) a drony (samci používané k chovu). A konečně, voštiny jsou často stavěny jako více jednotek, počínaje různými oblastmi úlu a nakonec někde uprostřed konvergující.

Aby zjistil, jak zvládnout všechny tyto problémy, setkal se specialista na chování zvířat (Michael Smith z Auburn University) se dvěma počítačovými vědci z Cornell University: Nilsem Knappem a Kirsten Petersenovou, kteří pracují na robotech podobných hmyzu. Sestavili software pro analýzu obrazu, který dokázal určit hranice každé buňky, a objevili základní statistiky buněk – počet stran, délku každé strany atd. Správná velikost pro pracovníky, drony nebo zda je v žaláři něco neobvyklého.

Organizované převody a další

Většina buněk v konkrétním hřebenu byla potomky, kteří to potřebovali nejvíce. To znamená pracovníky, kteří jsou obvykle menší. Ale než začnou stavět buňky pro drony, pracovníci začnou stavět buňky, které jsou o něco větší, což umožňuje plynulý přechod ve velikosti. Tento přechod vyžadoval pouze dvě buňky, aby fungovaly, a pokrýval oblast menší než dosah nohou pracovníka.

Řízení integrace různých voštin bylo podstatně obtížnější. K tomu dochází, když jsou nakonec potřeba buňky s neobvyklým počtem stran. Systém rozpoznávání obrazu identifikoval buňky kdekoli od čtyř do devíti stěn, spíše než typický šestiúhelník. Byly to vzácné, představovaly méně než 5 procent všech buněk v plástve. Ale má tendenci se vyskytovat buď na okrajích hřebenu, nebo v samostatných řádcích, kde jsou spojeny dva hřebeny.

I když nebylo možné vytvořit šestistranný úl, včely se pokusily přiblížit co nejblíže, protože 93 procent anomálií bylo pět nebo sedmistranné. Často byli oba spárováni; Hranice mezi pěti a sedmistrannými buňkami byly častější než v párech dvou pentagramů nebo dvou sedmistranných buněk.

Jedním z hlavních důvodů, proč jsou tyto jednotlivé úly nezbytné, je to, že včely začnou stavět na různých místech tím, že budou vyrábět voštiny různých orientací. Jak tedy tyto různé segmenty rostou, aby se setkaly, budou hexagonální matice orientovány v neslučitelných úhlech. Čím větší je úhel, tím větší je potřeba použít nehexagonální buňky. V extrémních případech má více než polovina buněk podél linie, kde se spojují voštiny, něco jiného než šest stran.

Ale včely byly schopny vidět, jak se blíží problém, a začaly otáčet šestiúhelníky, než se střetly různé voštiny.

Je to realizace?

Vědci přesně shrnují, co viděli.

„Včely při kombinování hřebenů účinně„ válí “šestihranné buňky do mezery,“ napsali. „Pokud je rozdíl naklonění malý, mohou si tyto válcovací buňky zachovat svůj šestihranný tvar, ale když je rozdíl naklonění velký, včely používají k fúzi hřebeny nešestihranné tvary.“ A pamatujte, že je to celé vrstvené přes složitost správy dvou různých velikostí buněk.

To vše pro autory naznačuje, že proces budování hřebenu není čistě instinktivní. Při stavbě musí být něco, čemu říkají „kognitivní procesy“. Mozek včel je daleko od všeho, čemu velmi dobře rozumíme (nejbližší druh, který zblízka známe, je pravděpodobně ovocná muška). ovocný let). Díky tomu jsme zjistili, jak by tyto procesy mohly vypadat.

PNAS, 2021. DOI: 10.1073 / pnas.2103605118 (O DOI).