к другу восковыми цилиндрами также вытягиваются в прямую линию, приобретают совершенно гладкую поверхность, толщину 0,07 мм и образуют угол относительно друг друга, составляющий точно 120°.
Рис. 7.15 Ячейки сотов изначально строятся в виде цилиндров и лишь спустя некоторое время принимают свою точную шестиугольную форму
Пчелы, у которых были ампутированы последние членики антенн, строят дефектные ячейки со стенками вдвое толще нормы, также покрытыми отверстиями. Органы чувств, которыми пчелы измеряют окружающую температуру, заключены внутри сегментов их антенн; большинство этих рецепторов расположено в последнем членике на кончиках антенн, меньше – в последующих члениках. Ампутация антенн лишает пчел множества сенсорных сигналов, делает их нечувствительными к температуре. На основании этого можно предположить, что покалеченные пчелы, также ответственные за нагрев воска, больше не в состоянии правильно измерять температуру.
Рис. 7.16 Это термографическое изображение показывает два строительных участка, где пчелы-строители нагревают воск до температуры, при которой тот начинает течь и образует правильные шестигранные ячейки в ответ на внутренние напряжения
Кристаллоподобный узор ячеек сотов постепенно формируется сам по себе, когда воск прогрет. Если взглянуть на соты против света, создается впечатление, что основания ячеек составлены из трех ромбоидов одинакового размера. Во вновь построенных сотах это оптическая иллюзия, создаваемая положением полусферических оснований ячеек с другой стороны сота (рис. 7.17).
Со временем основания ячеек становятся настолько тонкими, что принцип самоорганизации, объясненный на примере стенок, также приводит к образованию трех ромбоидов и сотов правильной формы.
Процесс можно моделировать искусственно на маленьких восковых цилиндриках, плотно прижатых друг к другу и нагретых. Соты с шестигранными ячейками постепенно сформируются без всякой помощи пчел. Ячейки сотов, построенных в условиях нулевой гравитации колонией медоносных пчел на борту космического челнока НАСА во время полета в 1984 году, были сформированы так же точно, как те, что были созданы в земных условиях. Внутренние силы ячеек сотов, формирующие их узор, не требуют никакой внешней помощи, за исключением обогрева пчелами. В космосе оказалась нарушенной лишь ориентация ячеек относительно горизонтальной оси; этого и следовало ожидать, учитывая отсутствие сигнала о направлении, который дает сила земного притяжения.
Рис. 7.17 Дно вновь построенных ячеек имеет полусферическую форму. Три ромбовидных образа, просвечивающие сквозь тонкую стенку на дне ячейки, созданы основаниями стенок ячеек с другой стороны сотов
Соты, являющиеся результатом описанного выше процесса самоорганизации, обладают не только впечатляющей геометрией, но и точными статическими и динамическими свойствами. Эти свойства непрерывно контролируются и исправляются в ходе строительства.
Математики уже неоднократно и убедительно подсчитывали, что геометрия пчелиных сотов представляет собой оптимальное решение, когда предполагается заключить максимально возможный объем в самое минимальное количество воска. Сформулированная в первом приближении, эта идея восходит к греческому астроному и математику Паппу Александрийскому (около 290–350 н. э.). Данные выводы совершенно справедливы для среза сотов сразу под каемками ячеек. Однако если включать в расчеты толстую восковую каемку, эти дополнительные 30 % (а иногда целых 50 %) от общего количества воска, используемого для ячейки, уже не будут оптимальными в плане вместимости.
Сот состоит не только из воска. В качестве добавки пчелы используют смолу, которую соскабливают с растений, складируют на стенках сотов и подмешивают в них. Благодаря целенаправленному добавлению смолы на поверхность и в состав воска пчелы открывают для себя возможность регулировать свойства разных частей сотов в зависимости от различий в их использовании.
Функции сотов
Соты, насчитывающие от 100 000 до 200 000 ячеек, выполняют множество функций и предоставляют пчелам:
• укрытие;
• место для изготовления меда;
• хранилище для меда;
• хранилище для пыльцы;
• инкубатор;
• телефонную сеть;
• хранилище информации;
• индивидуальность колонии;
• первую линию обороны от возбудителей болезней.
Первые четыре пункта в этом списке требуют не строительных материалов с какими-либо особыми свойствами, а лишь соответствующего разделения определенных частей гнезда. Последние пять функций зависят от особых физических и химических свойств.
Все зависит от содержимого
Некоторые соты служат главным образом для хранения меда. Эти склады расположены по периферии улья. Драгоценное расплодное гнездо расположено в центре улья, где оно может занимать несколько соседних сотов. Каждый из этих сотов делится на три зоны: (1) ячейки с яйцами, личинками и куколками в центре; (2) непосредственно прилегающее к ним кольцо ячеек, заполненных пыльцой; и (3) скопление обычных ячеек, окружающих их снаружи и заполненных медом. Это распределение становится сложнее во время выращивания репродуктивных особей, когда сюда добавляется несколько крупных трутневых ячеек (рис. 7.18).
В отличие от ячеек, заполненных нектаром или медом, ячейки с пыльцой не запечатаны. Пыльца смешана с небольшим количеством нектара и плотно набита в ячейки (рис. 7.19). Эту плотную массу, сделанную из рыхлой пыльцы, собранной с цветов, не нужно закрывать герметично.
Переработка нектара в мед требует выпаривания воды. Это делается путем нагрева с использованием теплоты тел пчел.
Рис. 7.18 Соты – это инкубатор для всех каст колонии. Куколки трутней развиваются в больших ячейках с выпуклыми крышечками (на заднем плане), куколки рабочих пчел – в ячейках меньшего размера с плоскими крышечками (на переднем плане)
Рис. 7.19 Пыльца складируется в ячейках большими комьями или в виде плотно упакованного тонкого порошка
Когда нектар сгущен до удовлетворительной консистенции, каждая ячейка запечатывается при помощи восковой крышечки. Горизонтальные продольные оси ячеек в сотах слегка наклонены внутрь, поэтому сочетание сил земного притяжения и поверхностного натяжения предотвращает вытекание нектара из ячеек до того, как они будут закрыты крышечками (рис. 7.20).
Колония может произвести за одно лето до 300 кг меда, который почти весь используется в качестве топлива для нагрева (см. главу 8). Хранение такого значительного запаса меда сопряжено с определенными опасностями. Например, в этом раю могут процветать микроорганизмы. Пчелы предотвращают их развитие, смешивая с нектаром антибактериальные и противогрибковые пептиды и ферменты из своих слюнных желез.
Такое количество сладких сокровищ также привлекает грабителей, будь то мелкие представители других видов или конкуренты из соседних колоний, ищущие легкий способ пополнить свои собственные запасы, и пчелы используют свои жала главным образом против других пчел – поздним летом или во времена плохого взятка (рис. 7.21). Если пчела жалит другую пчелу, она может извлечь свое жало обратно без всяких проблем. То, что позже в процессе эволюции появились животные вроде млекопитающих с тканями, из которых его нельзя извлечь, оказалось «непредсказуемым» событием для пчел, и жало с его зазубринами можно расценивать как эволюционную «ошибку» с их стороны.
Если у
