Шмели переносят тяжелые грузы в экономичном режиме

Шмели — настоящие тяжеловесы мира насекомых, способные лететь обратно в улей с грузом нектара, почти равным их собственному весу. Исследование, опубликованное 5 февраля в Science Advances, показывает, как им это удаётся, и демонстрирует, что пчёлы могут проявлять большую гибкость в поведении, чем можно было бы ожидать от неуклюжего насекомого.

«Они могут переносить 60, 70 или 80 процентов своего веса в полёте, что для нас было бы огромной нагрузкой даже при ходьбе», — говорит исследователь Сьюзан Гальярди. Учёные решили выяснить, как они это делают и сколько энергии это им стоит.

Гальярди и Стейси Комбс измерили энергию, затрачиваемую шмелями на полёт в специальной камере. Они прикрепляли к пчёлам небольшие кусочки припоя, чтобы регулировать их вес.

«Мы помещаем пчёл в небольшую камеру и измеряем выделяемый ими углекислый газ. Они в основном сжигают сахар, поэтому можно напрямую определить, сколько сахара они используют во время полёта», — объясняет Гальярди.

Также использовалась высокоскоростная видеосъёмка для анализа взмахов крыльев.

Два режима полёта

Поскольку шмели питают полёт нектаром, который несут, по мере полёта они должны становиться легче и тратить меньше энергии. К удивлению исследователей, выяснилось, что пчёлы фактически могут использовать меньше энергии на единицу груза, когда они сильнее нагружены.

«Их полёт становится более экономичным по мере увеличения нагрузки, что не имеет никакого смысла с точки зрения энергетики», — отмечает Комбс.

При детальном рассмотрении оказалось, что у шмелей есть два разных способа справляться с увеличивающейся нагрузкой:

1. Они всегда увеличивают амплитуду взмаха (то, насколько далеко хлопают крылья).
2. Для компенсации разницы пчёлы могут либо увеличить частоту взмахов (что создаёт больше подъёмной силы, но повышает энергозатраты), либо переключиться на альтернативный, более экономичный режим полёта.

Пока не совсем ясно, что именно включает в себя этот «экономичный режим», но, возможно, он связан с изменением того, как крыло вращается для смены направления между взмахами. Это поведенческий выбор, который пчёлы могут делать.

Когда пчёлы слегка нагружены или отдохнули, они чаще увеличивают частоту взмахов. Когда нагрузка больше, они переключаются на таинственный экономичный режим, создавая достаточную силу для поддержания груза при незначительном увеличении или даже снижении частоты взмахов.

Экономия и стабильность

Если пчёлы могут экономить энергию в полёте, почему они не используют этот режим постоянно? Возможно, высокая частота взмахов имеет преимущества в производительности, например, для поддержания устойчивости в турбулентном воздухе или избегания препятствий.

Эта работа изменила взгляд исследователей на насекомых. «Когда я начинала работать в этой области, была тенденция рассматривать их как маленькие машины... Это дало нам понимание, что это поведение, они сами выбирают, что делать. Даже одна и та же пчела в другой день выберет новый способ взмахивать крыльями», — заключает Комбс.