Pszczoły miodne symetrycznie organizują zawartość gniazda, co sprzyja rozwojowi czerwiu i kontroli temperatury, w jednakowy sposób gatunek.
Symetria jest wszędzie i służy niezliczonym celom. Ludzie uważają symetryczne twarze za bardziej atrakcyjne, a większość zwierząt ma symetryczne plany ciała, które pomagają w równowadze i ruchu. Z podobnych powodów domy, samochody, samoloty i pociągi budowane przez ludzi są symetryczne.
Jednak to, że ciało jest symetryczne, nie oznacza, że jest symetryczne w całości. Na przykład ludzkie serce znajduje się po jednej stronie ciała. Podobnie, chociaż dom może być symetryczny z zewnątrz, wewnętrzny układ pomieszczeń i mebli niekoniecznie jest symetryczny. Dlatego chociaż symetria jest powszechna, często ma ona jedynie charakter zewnętrzny.
Symetryczna organizacja w gniazdach pszczół miodnych
Obecnie międzynarodowy zespół badaczy pod przewodnictwem prof Laboratorium Pszczół Smitha na Uniwersytecie Auburn odkrył, że pszczoły miodne symetrycznie organizują wewnętrzną zawartość swojego gniazda. Tworzy to lustrzane odbicie, w którym zawartość jednej strony plastra miodu pasuje do strony przeciwnej. Co więcej, ta symetria jest korzystna dla kolonii i występuje u wszystkich badanych gatunków pszczół miodnych.
Słynny plaster miodu, który budują pszczoły, ze wszystkimi pojedynczymi sześciokątnymi komórkami, jest dwustronny. Było to znane od dawna, odkąd człowiek miał kontakt z pszczołami miodnymi i sądzono, że dwustronny układ ma na celu ograniczenie zużycia wosku (cennego zasobu dla pszczół).
Naukowcy wykazali, że jeśli porównać dwie strony plastra, to, co pszczoły wkładają do każdej komórki, jest lustrzanym odbiciem po obu stronach plastra. Innymi słowy, jeśli miód znajduje się po jednej stronie plastra, to po drugiej stronie będzie również miód i to samo dotyczy pyłku, czerwiu i pustych komórek. Ten wzór istnieje przez całe życie kolonii; wszystko, co znajduje się po jednej stronie grzebienia, jest lustrzanym odbiciem strony przeciwnej.
Innowacyjne techniki badawcze i ustalenia
„Role trzymaliśmy w ogromnych ulach obserwacyjnych, tak aby pszczoły mogły zbudować pełnowymiarowe gniazdo pomiędzy dwiema taflami szkła, a my mogliśmy wielokrotnie sprawdzać gniazda, nie przeszkadzając im. Jedynym problemem jest to, że jeśli chcesz zaplanować gniazdo, wszystkie pszczoły również tam się znajdują, więc musisz poczekać, aż odsuną się z drogi, aby zajrzeć do każdej komórki. Na szczęście dzięki dobrej latarce czołowej i oddanemu zespołowi badawczemu udało nam się zebrać 148 map gniazd z sześciu kolonii” – powiedział Michael L. Smith, kierownik projektu w Smith Bee Lab i pierwszy autor badania opublikowanego w czasopiśmie Aktualna biologia.
Następnie badacze chcieli wiedzieć, czy pracownicy muszą mieć bezpośredni kontakt z obiema stronami grzebienia, aby stworzyć ten symetryczny wzór. W tym celu wynaleźli specjalny rodzaj ula obserwacyjnego, w którym podstawa grzebienia jest nieprzepuszczalna, dzięki czemu niezależne kolonie mogą budować i gromadzić gniazda po obu stronach, jak chcą. Ku ich zaskoczeniu niezależne kolonie naśladowały organizację swoich gniazd, mimo że nie utrzymywały ze sobą kontaktu (każda kolonia miała własne wejście do gniazda, a robotnice nie mieszały się między koloniami).
Następnie badacze postawili hipotezę, że ciepło może być dla kolonii sposobem pośredniego komunikowania pozycji różnej zawartości gniazd. W końcu pszczoły miodne przywiązują szczególną wagę do temperatury w swoim gnieździe, ponieważ ma ona kluczowe znaczenie dla rozwoju czerwiu. Naukowcy umieścili poduszki grzewcze ustawione na temperaturę lęgów po jednej stronie swoich specjalnych uli obserwacyjnych w przypadkowych miejscach, a następnie zainstalowali kolonię po drugiej stronie. Dziesięć dni później wrócili, aby zobaczyć, gdzie każda kolonia zbudowała swoje gniazdo i odkryła, że 100% czerwiu z czapeczką było idealnie dopasowane do położenia poduszki grzewczej.
„Kiedy mapowaliśmy te kolonie, nie byliśmy ślepi na położenie poduszki termicznej, ponieważ nie chcieliśmy przypadkowo wprowadzić siebie w błąd. Ale wzór czerwiu był uderzający – praktycznie rysowano prostokąt czerwiu po jednej stronie, który pasował do poduszki grzewczej po przeciwnej stronie” – powiedziała Claire Bailey, wówczas studentka Wydziału Nauk Biologicznych w Auburn i współautorka książki badania, obecnie doktorant w Barden Lab w NJIT.
„Chociaż istnieje wiele modeli organizacji gniazd przez pszczoły miodne, ten eksperyment dostarcza empirycznych dowodów na to, że sygnały temperatury są ważnym czynnikiem” – powiedział Smith.
Konsekwencje symetrii gniazda dla zdrowia rodziny pszczół
Inne rodzaje symetrii zapewniają wymierne korzyści, takie jak poprawa lokomocji symetrycznego organizmu. Aby sprawdzić, czy symetria gniazd jest korzystna dla kolonii, badacze stworzyli gniazda jednostronne i dwustronne (w przypadku kolonii żyjących w gniazdach dwustronnych ich gniazdo było symetryczne, w przypadku kolonii żyjących w gniazdach jednostronnych nie było to możliwe). Gniazda symetryczne miały wyraźne zalety – już po dziesięciu dniach w gniazdach symetrycznych było prawie 60% więcej czerwiu niż w gniazdach niesymetrycznych. Ponadto profil temperaturowy gniazd symetrycznych był bardziej stabilny, co ma kluczowe znaczenie dla rozwijającego się czerwia.
Na koniec badacze chcieli sprawdzić, czy wyniki te wynikają po prostu z dziwnego trzymania pszczół w ulach obserwacyjnych i czy odkryją podobną symetrię u innych gatunków pszczół miodnych (rodzaj Pszczoła).
Aby odpowiedzieć na pytanie, czy ten wzór występowałby również w gniazdach o wielu grzebieniach, takich jak pszczoły miodne budowane na wolności, badacze wykonali zdjęcia „naturalnego grzebienia” z trójwymiarowych gniazd, w których pszczoły mogły swobodnie budować swoje grzebienie od podstaw ( tj. nie dostarczono żadnych szablonów sztucznych grzebieni, jakich zwykle używają pszczelarze). Stworzyło to jednak problem, ponieważ kolonie generowały ogromną ilość danych. Dzięki współpracy z dr Benem Kogerem, adiunktem na Uniwersytecie Wyoming, udało im się opracować zautomatyzowaną metodę klasyfikacji zawartości poszczególnych komórek na obrazie.
„To doskonały przykład tego, jak można połączyć zagadnienia biologiczne z nowymi technikami z zakresu informatyki. Chociaż technicznie można to zrobić ręcznie, zajęłoby to tyle czasu, że jest to po prostu niepraktyczne” – powiedział Koger. Porównując dwie strony plastra, po raz kolejny odkryli, że pszczoły układały każdy plaster symetrycznie. „Grzebienie nie są wymienne w różnych koloniach ani nawet w obrębie tej samej kolonii. Każdy z nich jest symetryczny, tworząc rodzaj wewnętrznej symetrii w architekturze gniazda” – powiedział Smith.
„Studenci w laboratorium powtarzali, że musimy dokończyć projekt, ale w perspektywie chciałem sprawdzić, czy uda nam się znaleźć ten sam typ symetrii również u innych gatunków Pszczoła. Na szczęście mamy świetnego współpracownika w Tajlandii” – zauważył Smith. Tak się złożyło, że dr Bajaree Chuttong z Uniwersytetu Chiang Mai w Tajlandii miała właśnie to, czego potrzebowali – zdjęcia obu stron naturalnych gniazd wielu gatunków pszczół miodnych (Apis andreniformis, Apis dorsataI Apis florea). Kiedy porównali obie strony każdego gniazda, odkryli, że wszystkie te gatunki również gromadziły swoje gniazda symetrycznie.
To powiedziało badaczom, że ta symetria architektoniczna nie ograniczała się do pszczół miodnych z Zachodu. Wszystkie gatunki pszczół miodnych budują grzebień dwustronny i wszystkie układają zawartość gniazda symetrycznie po obu stronach plastrów. Prawdopodobnie podczas najwcześniejszej ewolucji Pszczoła w architekturze gniazda pracownicy zbudowali dwustronny grzebień, aby oszczędzać wosk, ale zapewniło to również korzyści termoregulacyjne w przypadku odchowu czerwiu i pokazuje nową korzyść w postaci tworzenia symetrii, tym razem w wewnętrznej architekturze gniazda pszczoły miodnej.
Odniesienia: „Forma, funkcja i ewolucyjne początki symetrii architektonicznej w gniazdach pszczół miodnych” Michaela L. Smitha, Petera R. Martinga, Claire S. Bailey, Bajaree Chuttong, Erica R. Maul, Roberto Molinari, P. Prathibha, Ethan B. Rowe, Maritza R. Spott i Benjamin Koger, 7 listopada 2024 r., Aktualna biologia.
DOI: 10.1016/j.cub.2024.10.022
Finansowanie: Praca ta została sfinansowana przez Narodową Fundację Nauki (numer grantu 2216835), Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG, Niemiecka Fundacja Badawcza) w ramach niemieckiej strategii doskonałości – EXC 2117 – 422037984, propozycję projektu CASCB, stację doświadczalną rolnictwa w Alabamie oraz Program USDA Hatch Act. Fundatorzy nie mieli żadnego wpływu na projektowanie badań, gromadzenie i interpretację danych ani podejmowanie decyzji o publikacji.
