Медоносные пчелы превращают пыльцу в вязкоупругие гранулы для транспортировки

Новое исследование Технологического института Джорджии показало, что медоносные пчелы разработали способ превращать частицы пыльцы в вязкоупругие гранулы. Это позволяет им эффективно, быстро и надежно транспортировать пыльцу в улей. Также выяснилось, что насекомые удаляют пыльцу со своих тел со скоростью в 2–10 раз медленнее, чем их обычная скорость чистки.

Механизм сбора и транспортировки

Для сбора пыльцы пчелы смешивают её частицы с отрыгнутым нектаром, формируя гранулу, которая прилипает к каждой из задних ног. Затем пчелы аккуратно счищают эти гранулы другими ногами в ячейку улья.

Исследование из лаборатории профессора Дэвида Ху (George W. Woodruff School of Mechanical Engineering) было направлено на понимание механики этого процесса. Результаты могут вдохновить на новые способы производства и манипулирования мягкими материалами. Работа опубликована в Journal of the Royal Society Interface.

Свойства пыльцевых гранул

«Мы измерили реологические свойства пыльцевой гранулы», — сказала Маргарет Мэтерн, недавняя выпускница Georgia Tech. — «Мы обнаружили, что гранулы имеют очень долгое время релаксации, то есть в основном остаются в твёрдой форме во время транспортировки. Это хорошо, потому что гранула не плавится и не разрушается от вибрации во время полета».

Эксперимент по удалению гранул

Исследователи создали устройство, которое соскабливало прилипшие гранулы с ног пчел. Эксперимент привел к двум открытиям:

1. Пчелы удаляют гранулы гораздо эффективнее, чем устройство (оно оставляло гораздо больше остатков пыльцы).
2. Медленные скорости удаления снижают усилие и работу, необходимые для отрыва гранулы при сдвиговом напряжении.

«Если удалять гранулу медленно, можно избежать чрезмерного усилия, необходимого для быстрого отрыва. Удаление пыльцевой гранулы — это противоположность быстрому отрыванию пластыря», — пояснил Дэвид Ху.

Ключевые факторы эффективности

По словам Мэтерн, эффективность транспортировки обеспечивают два фактора:

1. Вязкоупругие свойства самой гранулы, позволяющие ей прилипать.
2. Специальная структура на ногах пчел — корзиночка (corbicula). Она окаймлена длинными изогнутыми волосками, которые внедряются в гранулу, обеспечивая адгезию.

Уникальность медоносных пчел

В отличие от других видов пчел, которые собирают пыльцу только определенного размера, медоносные пчелы собирают частицы различных форм и размеров (отличающихся в 10 раз) и разработали универсальный способ их транспортировки за много километров.

«Они решают все эти задачи особым методом, созданным для использования мягких материальных свойств гранулы», — отметил Ху.

Практическое значение

Исследователи полагают, что дальнейшие изыскания могут привести к новым разработкам в области медицинских пластырей или застежек для мягких материалов. «Это что-то вроде умной липучки для мягких материалов», — сказал Ху.

Понимание процесса опыления также критически важно, поскольку 35% мирового производства сельскохозяйственных культур зависит от опылителей. «Если мы хотим сохранить наших опылителей, важно понимать, что именно они делают», — заключила Мэтерн.