Fusionen, Drehungen und Fünfecke: die Architektur der Waben

Fusionen, Drehungen und Fünfecke: die Architektur der Waben

Bienen vollbringen beeindruckende Leistungen. Sie erinnern sich nicht nur an den Standort guter Nahrungsquellen, sondern können diese Informationen auch an Gleichaltrige weitergeben. Außerdem kümmern sie sich um die Kleinen in ihrem Bienenstock und organisieren Angriffe gegen Eindringlinge.

Sie sind auch brillante Baumeister. Fast jede Wabe in einem Bienenstock ist ein perfektes Sechseck, wobei jede Seite gleich lang ist. Dies trotz der Tatsache, dass Bienen für Arbeiterbienen und Drohnen Sechsecke unterschiedlicher Größe bauen müssen und oft Waben zusammenführen, die an gegenüberliegenden Bienenstockwänden begonnen wurden. Wie gehen sie mit dieser Komplexität um?

Ein neuer Artikel verwendet ein automatisiertes Bildanalysesystem, um die verschiedenen Wege zu identifizieren, wie Bienen mit diesen Übergängen umgehen. Die Forscher, die das System entwickelt haben, stellen fest, dass die Bienen Probleme im Vorfeld sehen und kleine Anpassungen vornehmen, die letztendlich dazu beitragen, dass größere Änderungen vermieden werden.

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Die fraglichen Bienen sind Honigbienen, obwohl eine Reihe anderer Arten sechseckige Strukturen bilden. Die Regelmäßigkeit der sechseckigen Bienenreihen wurde bereits im 5. Jahrhundert n. Chr. festgestellt, und neuere Messungen deuten darauf hin, dass es zwischen den meisten nur sehr geringe Unterschiede gibt: Jede Seite des Sechsecks ist normalerweise sehr ähnlich lang wie die anderen.

Dies geschieht trotz einer Reihe großer Herausforderungen. Zunächst tragen mehrere Arbeiter zum Bau jeder Wabe bei, so dass die Regelmäßigkeit nicht einfach dadurch erklärt werden kann, dass ein einzelner Arbeiter eine Reihe instinktiver Bewegungen ausführt. Darüber hinaus benötigen Nester zwei Waben unterschiedlicher Größe, da sie für Arbeiterbienen (die meisten Nester) und Drohnen (Männchen zur Zucht) unterschiedliche Größen verwenden. Schließlich werden Waben oft in mehreren Einheiten gebaut, beginnend von verschiedenen Bereichen des Bienenstocks und schließlich irgendwo in der Mitte zusammengefügt.

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Um herauszufinden, wie mit all diesen Problemen umgegangen wird, hat sich ein Spezialist für Tierverhalten (Michael Smith aus Auburn) mit zwei Cornell-Informatikern zusammengetan: Nils Napp und Kirstin Petersen, die an insektenähnlichen Robotern arbeiten. Gemeinsam entwickelten sie eine Bildanalysesoftware, die die Grenzen jeder Zelle identifizieren konnte, und berechneten grundlegende Zellstatistiken – Anzahl der Seiten, Länge jeder Seite usw. die richtige Größe für Arbeiter oder Drohnen oder wenn etwas Ungewöhnliches an der Flugzeugzelle war.

Übergänge, geordnet und andere

Die meisten Zellen in einem bestimmten Radius waren für die Nachkommen bestimmt, die sie am meisten brauchten. Dies bedeutet Arbeiter, die im Allgemeinen kleiner sind. Aber bevor der Bau von Drohnenzellen begann, begannen die Arbeiter mit dem Bau etwas größerer Zellen, die einen reibungslosen Größenübergang ermöglichten. Dieser Übergang erforderte nur wenige Zellen, um eine Fläche zu bewältigen, die physisch kleiner war als die Reichweite der Beine eines Arbeiters.

Die Verschmelzung verschiedener Waben war viel schwieriger. Dann wurden Zellen mit einer ungewöhnlichen Anzahl von Seiten benötigt. Das Bilderkennungssystem identifizierte Zellen mit vier bis neun Wänden anstelle des typischen Sechsecks. Diese waren selten und machten weniger als 5 Prozent aller Zellen in einer Wabe aus. Sie traten jedoch tendenziell entweder an den Rändern des Kamms oder in diskreten Bändern auf, wo zwei Kämme miteinander verschmolzen waren.

Auch wenn es nicht möglich war, eine sechsseitige Zelle zu erstellen, versuchten die Bienen, so nah wie möglich heranzukommen, da 93% der Macken fünf- oder siebenseitig waren. Oft waren die beiden Zwillinge; Grenzen zwischen fünf- und siebenseitigen Zellen waren häufiger als Paarungen von zwei fünfseitigen Zellen oder zwei siebenseitigen Zellen.

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Einer der Hauptgründe, warum diese Zellen mit ungeraden Seiten benötigt wurden, ist, dass Bienen an verschiedenen Orten mit dem Bauen von Waben mit unterschiedlichen Ausrichtungen beginnen. Wenn also diese verschiedenen Segmente wachsen, um sich zu treffen, werden ihre hexagonalen Netzwerke mit inkompatiblen Winkeln ausgerichtet. Je größer der Winkel, desto mehr nicht-hexagonale Zellen sollten verwendet werden. Im Extremfall haben mehr als die Hälfte der Zellen entlang der Waben-Fusionslinie etwas anderes als sechs Seiten.

Aber die Bienen schaffen es, das Problem kommen zu sehen, und sie beginnen, die Sechsecke zu drehen, bevor sich die verschiedenen Waben treffen.

Ist es Erkenntnis?

Die Forscher fassen das Gesehene recht anschaulich zusammen.

„Bienen“ „rollen beim Kämmen von Waben effektiv sechseckige Zellen in den Weltraum“, schrieben sie. „Wenn der Neigungsunterschied gering ist, können diese rollenden Zellen ihre sechseckige Form beibehalten, aber wenn der Neigungsunterschied groß ist, verwenden Bienen nicht sechseckige Formen, um die Waben zu verschmelzen.“ Und denken Sie daran, dass dies alles die Komplexität des Umgangs mit zwei verschiedenen Zellengrößen erhöht.

All dies legt für die Autoren nahe, dass der Prozess des Wabenbaus nicht rein instinktiv ist. An der Konstruktion müssen sogenannte „kognitive Prozesse“ beteiligt sein. Das Gehirn der Biene ist bei weitem nicht alles, was wir vollständig verstehen (die nächste Spezies, die wir genau kennen, ist wahrscheinlich die Fruchtfliege Drosophila). Dies macht es schwierig zu bestimmen, wie diese Prozesse aussehen könnten.

PNAS, 2021. DOI: 10.1073 / pnas.2103605118 (Über DOIs).

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