Как пчелы распределяются в рое? Рентген показал их математическую организацию

Исследователи из Университета Колорадо в Боулдере впервые использовали рентгеновскую компьютерную томографию (КТ), чтобы заглянуть внутрь роев медоносных пчел.

Сканирование показало, что пчелы в рое формируют не случайное скопление, а куполообразные структуры, подчиняющиеся удивительно сложным математическим правилам — так называемому «скейлинговому закону». Результаты, опубликованные 17 октября в журнале Scientific Reports, могут помочь инженерам проектировать более устойчивые здания или рои крошечных роботов, ведущих себя подобно насекомым.

«Пчелы каким-то образом знают, как расположиться, чтобы сохранить свою механическую устойчивость», — отметила старший автор исследования Орит Пелег.

Метод сканирования

Чтобы получить снимки, исследователи использовали пчелиных маток, чтобы собрать тысячи рабочих пчел в рои в лаборатории. Затем эти рои вращали перед небольшим КТ-аппаратом, изначально разработанным для ветеринарных клиник.

Метод оказался настолько точным, что на 3D-сканах можно различить отдельных пчел. Это дает новый инструмент для изучения того, как пчелы создают такие трансформирующиеся «суперорганизмы».

Математика роя

Просканировав 11 роев численностью от 4000 до 10 000 насекомых, ученые обнаружили, что рой работает подобно пирамиде чирлидеров:

• Больше пчел скапливается у основания роя, и их количество уменьшается к вершине.
• Пчелы распределяются так, что ни один слой не несет больше своей «справедливой» доли веса.
• Структура следует скейлинговому закону: каждый слой поддерживает вес, примерно равный его собственному весу в степени 1,5.

«Этот скейлинговый закон означает, что каждый слой в итоге использует одинаковое количество своей доступной прочности», — пояснила ведущий автор исследования Ольга Шишков.

Также исследователи выяснили, что одна пчела может выдержать вес примерно 35 других пчел, но в рое пчелы поднимают максимум около четырех сородичей.

Существование такого закона указывает на возможные общие принципы организации подобных структур в природе.