你知道吗?蜂巢里面冬暖夏凉!温度天然恒定缘于基因
2014-05-22 10:40:00   来源:中国新闻网
内容摘要
蜂巢温度通常是恒定的,特别是在春夏时期,幼卵孵化的时候,蜂巢的温度是严格控制在32到36度,而具有多样性基因的蜜蜂群天生会有一个奇妙的温度控制装置,并且有一系列的方法来对付过高或过底的蜂巢温度。

近期澳大利亚科学家的研究揭示出:具有多样性基因的蜜蜂群天生会有一个奇妙的温度控制装置,来保持蜂巢温度的恒定。

蜜蜂群基因的多样性,是由于蜂后同很多不同的雄蜂交配的结果。这个多样性在一定程度上决定了蜜蜂群体的任务分配情况,比如说花蜜酿造和花粉搜集的分工合作。

但是以前,这种基因的多样性在保持蜂巢温度相对稳定上有什么作用科学家们并不知道。而蜂巢温度通常是恒定的,特别是在春夏时期,幼卵孵化的时候,蜂巢的温度是严格控制在32到36度的。蜜蜂有一系列的方法来对付过高或过底的蜂巢温度。它们拍打翅膀赶走热空气,或者在蜂巢里面洒水散热等等。当蜂巢里的温度过低的时候它们会在蜂巢中聚集成团,抵着蜂巢壁挤压它们的胸膛,甚至于在不运动翅膀的情况下,只震动它们参与飞行的肌肉、促进新陈代谢来获得代谢热能,从而给蜂巢内加温。

但是,保持蜂巢温度的稳定,意味着蜜蜂必须有一套完备的温度控制系统,使它们不会所有的蜜蜂都同时开始为蜂巢降温或者是加温。就像炉子一样,如果只有“开”和“关”两个设置的话是不可能使炉子保持一定温度的,你需要一个控制反应系统。

科学家们监控了8个蜂巢1个星期内的温度变化。其中4个蜂巢的蜂后和一群不同的雄蜂交配产生了具有基因多样性的蜜蜂群体。另外4个蜂巢的蜂后只通过人工授精因而产生了具有单一基因性状的蜂群。科学家们发现具有基因多样性的蜂群比单一性状基因的蜂群能更有效地控制蜂巢的温度。如果人为地把蜂巢温度加到40度,仍得出同样的结论。

为了研究在具有基因多样性的蜂群里,那一种蜜蜂在什么环境温度下会扇动它们的翅膀,科学家们假设不同的“父亲”的蜜蜂具有不同的温度调节装置,会感受到不同温度变化而扇动它们的翅膀。研究者把蜂巢的温度加到不同的水平,然后挑选出该温度下在蜂巢边缘扇动翅膀的蜜蜂,分别研究它们的基因组成。结果发现,不同基因种类的蜜蜂各自会在不同的温度条件下在蜂巢周围扇动翅膀。因此,认为这就是因为不同的雄蜂与蜂后交配,产生了不同基因型的蜜蜂群体,它们的基因决定了它们有不同的温度控制装置,因而高低有序地自动地产生为蜂巢降温地本能行为,从而保持了蜂巢温度的恒定,成为蜂巢的天然空调。


蜜蜂开始用塑料垃圾建造蜂巢

据报道,最新一项针对蜜蜂习性的研究发现,城市里的蜜蜂可利用小块废弃塑料袋或塑料建筑废料筑巢。

研究报告首席作者、加拿大圭尔夫大学的斯科特·麦克伊沃(Scott MacIvor)表示,研究展现了蜜蜂在适应人类世界时所体现的智慧和应变能力。他说:“废弃塑料遍布全球,但鲜有科学家研究过动物是如何适应这种环境的。我们观察到有两种独居蜂可用塑料替代天然筑巢材料,这是对普通城市材料的创造性利用。”

圭尔夫大学实验室服务中心主任安德鲁·摩尔(Andrew Moore)对麦克伊沃发现的切叶蜂蜂巢中的灰色“粘性物”进行了分析。摩尔的研究团队通过扫描式电子显微镜获取了粘性物的高清图像,通过X光显微分析确定了该物质的构成元素,并使用红外线显微镜识别出了其中的高分子材料。


研究结果表明,切叶蜂偶尔会利用聚氨酯建筑表面密封剂替代树脂材料来建造蜂巢。此外,另一种苜蓿芽切叶蜂也在利用聚乙烯塑料袋碎片建造蜂巢,蜂巢约四分之一由这种塑料建造,取代了此前使用的苜蓿叶。在两组案例中,含塑料的蜂巢都成功培育出了蜜蜂幼虫。塑料蜂巢培育出的蜜蜂不含寄生虫,其物理特性或可抵御寄生虫滋生。

事实上,由于蜜蜂咀嚼塑料的方式和树叶不同,蜜蜂并无意识的选用塑料做巢,且在塑料筑巢的地方,植物树叶不难获得。摩尔表示:“蜜蜂采集塑料后会进行加工,形成筑巢用的新物质。蜜蜂会将这些塑料咬碎,然后吐出来,非常像吃口香糖。”

在此次针对城市蜜蜂和黄蜂生态环境的大规模研究中,麦克伊沃对200多个人工蜂巢进行了观察。蜂巢取样地区分布在多伦多及其周边地区,蜂巢位于房屋后院、社区花园和公园以及屋顶绿化带。麦克伊沃表示:“塑料在蜂巢中的新应用,体现了动物在日渐为人类所控制的自然环境中生存所必备的生态适应特性。”


最新研究揭示蜂窝结构机理

近期,北京大学工学院力学系王建祥教授与英国卡迪夫大学工学院(Cardiff University)Bhushan Karihaloo教授、北京理工大学宇航学院张凯博士合作,利用简单的力学模型揭示了天然蜜蜂蜂窝形成六边形结构的机理。该工作已发表在《皇家学会界面杂志》(Journal of the Royal Society Interface),并被《自然》网站、《探索》网站、《生命科学》网站、澳洲广播公司网站、美国《赫芬顿邮报》、《未来》网站等国际媒体广泛报道。

天然蜜蜂蜂窝具有完美的六边形结构,是自然界中最神奇的结构之一,并被证实该六边形结构最大程度地节省了劳力和蜂蜡。古希腊数学家帕普斯(Pappus of Alexandria)在公元四世纪即认识到了六边形结构的经济性,并认为蜜蜂有着“几何上的先见之明”;达尔文曾赞叹天然蜂窝甚至超越了自然选择可以导 致的完美结构;十七世纪丹麦数学家巴托林(Erasmus Bartholin)以及20世纪初苏格兰动物学家汤普生(D’Arcy Thompson)认为六边形来自物理过程。然而,迄今为止,关于蜜蜂如何建造出完美的六边形结构的过程还没有详细的分析和实验观测。

王建祥等研究发现意大利蜜蜂首先建造圆形截面的蜂窝孔而非六边形,其邻近蜂窝孔的空隙清晰可见。这些圆孔堆积成常规的六方阵列。当沿新蜂窝孔上端切除 0.5mm后,发现蜂窝孔已经呈现出完美的六边形结构,这表明随着蜂窝孔深度的增加,蜂窝孔逐渐地由圆形转化成六边形。同时,研究指出,天然蜂窝六边形结 构的形成与液桥导致的最小蜂窝孔表面能有关。蜂房中蜜蜂的胸部温度可以超过40摄氏度。在该温度下,蜂蜡将变成无定形的塑性状态, 使得在相邻孔的孔壁接触点处形成弯面液桥,进而在该液桥的作用下在孔壁内产生拉应力,使得蜂窝孔形成圆角六边形。随着时间的增加,蜂窝孔壁接触面积逐渐增 加,相邻蜂窝孔的孔壁逐渐熔合,最终形成表面精细、结构对称的六边形结构。最后,研究也提及了蜜蜂的生物行为对于蜂窝孔壁由圆形转变成六边形的促进作用。 在自然选择的作用下,蜜蜂已经掌握了一系列的技巧,如咀嚼蜂蜡、加热蜂蜡以及剔除蜂蜡等,这些技巧使得蜜蜂能够更简单、经济地建造六边形的蜂窝。张凯等人此前关于天然蜂窝的结构和力学性能的研究工作发表于《美国科学院院刊》。


研究证明蜜蜂衰亡与杀虫剂有关

据报道,美国《基督教科学箴言报》网站5月9日报道哈佛大学的一批生物学家距离揭开蜂群衰竭失调(CCD)之谜更近了一步。

CCD是八年前出现的,它不断将全世界各地蜂群变成鬼镇:每年冬天结束时,一些蜂群里死尸密布,还有更多的蜂巢变得空空荡荡,毫无重现生机的迹象。

《昆虫学通报》5月9日刊登的报告称:“CCD的一个决定性症状就是蜂巢空了,但蜂巢里的死蜜蜂数量低于冬天到来之前活着的蜜蜂总数。”

蜂群衰竭的确切过程尚不得而知,但人们认为它与病原体感染、营养不良和接触杀虫剂有关。本周发表的这篇报告以强有力的证据表明,两种广泛用于农作物的新烟碱类杀虫剂可大大降低蜂群的冬季存活率,不管是否有螨虫或寄生虫存在。

这两种化学品吡虫啉和噻虫胺都能阻塞昆虫的中央神经系统,致使昆虫瘫痪而死。吡虫啉是世界上使用最广泛的杀虫剂,从1994年起就在美国注册使用。噻虫胺在2003年由美国环境保护署注册,该机构认定它通过了针对蜜蜂的毒性检测。

在跨越2012年末至2013年初的冬季,这些科学家对马萨诸塞州中部18个蜂群的健康状况进行了为期六个月的研究。从2012年10月开始,科学家在喂给其中六个蜂群的糖料中掺入未达致死量的吡虫啉,另有六个蜂群的糖料中混合了噻虫胺,最后六个对照组蜂群吃的是纯糖。

所有蜂群在整个秋天都安然无恙。但到了1月底,12个中毒蜂群中有六个出现类似于CCD的症状,比如大批消亡和出现未孵出的小蜜蜂。六个对照组蜂群中只有一个未能熬过冬天,似乎是因为受到了微孢子虫的侵扰。

研究报告称,这些结果“进一步证实,未达致死量的新烟碱类杀虫剂可能是造成CCD的罪魁祸首”。这个结论带来一个有待继续研究的重大疑问:蜜蜂在冬季通常是不会遗弃蜂巢的,为什么在被新烟碱类杀虫剂毒害后就改变了这一习性呢?

该论文的作者表示,原因可能是“由于长期接触未达致死量的新烟碱类杀虫剂,蜜蜂的神经功能,尤其是记忆、认知或行为等功能受到损伤”。


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