Пчелы и осы издавна вызывают восхищение своим архитектурным мастерством: их замысловатые гнезда и ульи - это чудо инженерной мысли. Однако еще более впечатляющим является тот факт, что эти насекомые, несмотря на разное эволюционное происхождение и разные материалы, используемые ими для строительства, независимо друг от друга разработали удивительно схожие технологии.
Общим для пчел и ос является создание шестиугольных ячеек. Такая конфигурация обеспечивает оптимальное соотношение прочности и площади ячеек, снижая при этом потребность в строительных материалах. Однако возникает проблема, когда идеальной гексагональной структуры достичь не удается.
Для изучения этой проблемы исследователи под руководством доктора Майкла Л. Смита, доцента кафедры биологических наук Обернского университета и сотрудника Института поведения животных Макса Планка, собрали со всего мира снимки гнезд, на которых были изображены рабочие и репродуктивные клетки в одном гребне. Применяя специально разработанное программное обеспечение, специалисты скрупулезно извлекли результаты измерений на одну клетку из впечатляющего числа клеток, достигшего 22 745.
Исследование показало, что по мере увеличения расхождения между рабочими и репродуктивными клетками насекомые стали строить не шестиугольные ячейки. В основном это были 5- и 7-гранные клетки, построенные попарно, причем 5-гранная клетка создавалась на стороне рабочих, а 7-гранная - на стороне репродуктивных.
Исследуя десять видов, Смит и его коллеги обнаружили общую закономерность. Несмотря на эволюционный разрыв в 179 млн. лет, пчелы и осы, по-видимому, независимо друг от друга пришли к одному и тому же архитектурному решению для решения этой проблемы масштабирования. Даже при различии строительных материалов и независимом происхождении шестиугольных ячеек они применяют один и тот же конструктивный подход.
Исследователи разработали математическую модель, предсказывающую количество негексагональных ячеек, которые необходимо включить в конструкцию, основываясь на своих выводах о разнице в размерах ячеек. Некоторые виды постоянно опережали ожидания модели, включая в переходную область ячейки среднего размера, что снижало потребность в негексагональных ячейках.
Это наблюдение поражает воображение, учитывая известное сродство этих насекомых к гексагональным структурам. Подобно тому, как акулы и киты создали аналогичные структуры тела для адаптации к водной среде, пчелы и осы строят шестиугольные ячейки для своих гнезд.
Некоторые виды медоносных пчел и ос строят шестиугольники двух разных размеров: в меньших ячейках живут рабочие особи, а в больших - трутни и матки. Такое несоответствие размеров ячеек порождает важную архитектурную проблему. Как эти два шестиугольника разного размера могут органично вписаться в единый гребень?
У таких видов, как Metapolybia mesoamerica, архитектурный ребус разгадывать не пришлось. И рабочие, и репродуктивные клетки имели одинаковый размер. Напротив, у таких видов, как Apis andreniformis, репродуктивные клетки были в 2,7 раза больше рабочих.
Пчелы и осы оказались замечательными архитекторами, последовательно подходящими к решению сложных строительных задач. Их независимый подход к одному и тому же архитектурному решению свидетельствует об их изобретательности и способности к адаптации.
