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科學(xué)家利用雷達(dá)跟蹤系統(tǒng)揭開蜜蜂舞蹈語言之謎

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英國科學(xué)家賴?yán)热搜邪l(fā)了一種能粘在蜜蜂背上的微型雷達(dá)跟蹤系統(tǒng), 并用它追蹤了蜜蜂的整個(gè)采蜜過程。他們發(fā)現(xiàn)蜜蜂確實(shí)能夠讀懂舞蹈中所包含的編碼信息,而且在飛向目標(biāo)的過程中也不會(huì)受風(fēng)向變化的影響。該發(fā)現(xiàn)刊登在最新一期的《自然》雜志上,打消了科學(xué)界長久以來關(guān)于蜜蜂舞蹈語言的爭議。   

蜜蜂是人類最喜愛的昆蟲之一,人們常常為它的勤勞感嘆不已。奧地利生物學(xué)家弗里施自1915年開始與其學(xué)生和同事對蜜蜂進(jìn)行了50多年的試驗(yàn)研究,認(rèn)為蜜蜂之所以能夠有條不紊、迅速而敏捷地采到花蜜是因?yàn)樗赏ㄟ^舞蹈語言相互交流。蜜蜂可以用舞蹈方式指示它的同伴食源的質(zhì)量、距離和方位。這個(gè)研究還讓弗里施在1973年獲得了諾貝爾獎(jiǎng)。   

 

蜜蜂真的用圓圈舞蹈或“8字舞”來指示蜜源?   

弗里施的研究指出,大批工蜂出巢采蜜前先派出“偵察蜂”去尋找蜜源。這些“偵察員”一旦發(fā)現(xiàn)了有利的采蜜地點(diǎn)或新的優(yōu)質(zhì)蜜源植物,它們就會(huì)變成采集蜂,并飛回蜂巢跳上一支圓圈舞蹈或“8”字形舞蹈來指出食物的所在地,并以舞蹈的速度表示蜂巢到蜜源之間的距離,還以附在身上的花粉的味道告知食物的種類,通知大家一塊兒去采蜜。偵察蜂找到距蜂箱100米以內(nèi)的蜜源時(shí),即回巢報(bào)信,除留有追蹤信息外,還在蜂巢上交替性地向左或向右轉(zhuǎn)著小圓圈,以“圓舞”的方式爬行。

如果蜜源在距蜂箱百米以外,偵察蜂便改變舞姿,呈“∞”字,所以也叫“8字舞”或“擺尾舞”。如果將全部爬行路線相連,直線爬行的時(shí)間越長,表示距離蜜源越遠(yuǎn)。直線爬行持續(xù)1秒鐘,表示距離蜜源約500米;持續(xù)2秒,則約l000米。

蜜源與蜂巢的距離和舞蹈動(dòng)作的快慢有直接關(guān)系。距離越近,舞蹈過程中轉(zhuǎn)彎越急、爬行越快;距離越遠(yuǎn),轉(zhuǎn)彎越緩,動(dòng)作也慢。蜜蜂的舞蹈動(dòng)作,不僅能報(bào)告花蜜距巢遠(yuǎn)近,還能指示花蜜所在的方向。如果跳搖擺舞時(shí),蜜蜂頭朝上,則是說:“朝太陽的方向飛去,能找到花粉?!狈粗?,則是報(bào)告:“在背向太陽的地方可以找到食物?!?  

 

蜜蜂只是憑借跳舞蜜蜂身上的氣味慢慢搜尋食物來源?   

盡管大多數(shù)生物學(xué)家傾向于弗里施關(guān)于舞蹈是真正信息來源的觀點(diǎn),但關(guān)于這種“編碼”是怎樣被翻譯成一種“飛行計(jì)劃”的卻一直沒有定量描述。對這種假設(shè)持懷疑態(tài)度者提出,旁觀的蜜蜂只是從跳舞的蜜蜂身上獲得食物氣味,然后憑借氣味搜尋食物來源。生物學(xué)家艾德里安·文納認(rèn)為,蜜蜂跳舞只是在進(jìn)化過程中產(chǎn)生的一種習(xí)慣,其實(shí)并沒有傳遞任何信息。從蜜蜂表演舞蹈到旁觀的蜜蜂抵達(dá)食物源有一個(gè)很明顯的時(shí)間差,這說明其它蜜蜂只是從跳舞的蜜蜂身上獲得食物氣味,然后憑借氣味慢慢搜尋食物來源。   

 

微型雷達(dá)收發(fā)器被粘在蜜蜂背上來追蹤其飛行路徑   

為了探究蜜蜂舞蹈語言的奧秘,英國羅特哈默·斯特德農(nóng)業(yè)研究中心的一個(gè)研究小組,利用雷達(dá)來追尋蜜蜂搜尋蜜源的飛行路徑。他們設(shè)計(jì)了一種只有16毫米大小的微型異頻雷達(dá)收發(fā)器,并把這些收發(fā)器安裝在了作為研究對象的蜜蜂身上。研究小組負(fù)責(zé)人喬·賴?yán)硎荆麄兒馁M(fèi)了將近兩年時(shí)間來研制出這個(gè)微型雷達(dá)收發(fā)機(jī)。它必須足夠小、足夠輕,以至于一個(gè)蜜蜂能夠載著它輕松飛行而不影響正常的采集工作。與此同時(shí),雷達(dá)收發(fā)機(jī)還要得到足夠的能量以進(jìn)行全方位的信號收發(fā)。

科學(xué)家利用雷達(dá)跟蹤系統(tǒng)揭開蜜蜂舞蹈語言之謎   

據(jù)介紹,最終版本的微型雷達(dá)收發(fā)機(jī)僅有10至12毫克,比蜜蜂所要采集的花粉還輕得多,攜帶它的蜜蜂在采蜜時(shí)能夠靈活自如地飛行。這個(gè)雷達(dá)由一根特殊鋼絲制成的非線性天線和一個(gè)微小芯片組成,看起來像一根長胡須。研究者用特制的膠水將微型異頻雷達(dá)收發(fā)機(jī)粘在600多只蜜蜂背上,然后將它們放入1萬多只蜜蜂的蜂群中,跟蹤它們的活動(dòng)情況。每個(gè)收發(fā)機(jī)傳回的信號都是獨(dú)特的,可以與其他收發(fā)機(jī)的信號進(jìn)行區(qū)別。一旦蜜蜂背上了雷達(dá),它們被追蹤的過程就如老式電影里所描繪的那樣:某個(gè)閃光點(diǎn)在熒屏上不停地閃爍,然后信號被記錄下來,并轉(zhuǎn)換成圖表。因?yàn)槲⑿屠走_(dá)收發(fā)機(jī)太小,缺乏足夠的電池來供電,所以設(shè)計(jì)者們讓雷達(dá)發(fā)射20千瓦的電訊號給收發(fā)機(jī)提供能量。   

 

研究發(fā)現(xiàn)蜜蜂能夠依據(jù)舞蹈找到蜜源,但是有一定誤差   

賴?yán)膱F(tuán)隊(duì)自1996年起就開始用微型雷達(dá)來追蹤蜜蜂的蹤跡,大量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)證明蜜蜂能夠讀懂舞蹈編碼中所包含的信息。小組負(fù)責(zé)人喬·賴?yán)赋?,研究人員用科學(xué)的方法證明了弗里施關(guān)于蜜蜂舞蹈語言的假設(shè),以定量的方法一勞永逸地解決了這個(gè)問題。蜜蜂可以用特定的運(yùn)動(dòng)方式將有關(guān)食物源的位置、距離及豐富程度通知蜂房里的同伴。偵察蜂出去尋找蜜源,然后回來報(bào)告給蜂群,其它的蜜蜂就跟著過去,如果蜂群比較大了,要分群的時(shí)候,也派工蜂出去尋找新的巢穴,新的巢穴的距離、方位,新的巢穴的質(zhì)量,也是通過工蜂形體的動(dòng)作(方向、次數(shù)、力度)來傳遞的。   

對于蜜蜂在覓食過程中存在的時(shí)間差問題,賴?yán)忉尩?,這個(gè)矛盾是弗里施造成的。弗里施認(rèn)為蜜蜂讀取了偵察蜂的舞蹈信息后徑直飛向蜜源。但實(shí)際上蜜蜂在這個(gè)過程中花了10分鐘而不是1分鐘。實(shí)驗(yàn)顯示,蜜蜂確實(shí)能夠迅速解讀舞蹈提供的信息,然后快速飛抵所指示的地點(diǎn),而且在它們飛向目標(biāo)的過程中也不會(huì)受風(fēng)向變化的影響。但是它們飛抵的目的地很少是完全正確的,通常離蜜源都有5到6米的誤差。一旦蜜蜂結(jié)束了依指示前行的飛行后會(huì)改變飛行模式,它們會(huì)進(jìn)行環(huán)繞飛行來尋找精確的蜜源。來來回回的環(huán)繞飛行一般要耗上10多分鐘,正是時(shí)差之所在。

 

攜帶微型雷達(dá)收發(fā)機(jī)的另一個(gè)作用是可以準(zhǔn)確探測生物武器所在位置   

為了確定蜜蜂并不是依據(jù)氣味來尋找食物來源,研究小組還進(jìn)行了另一個(gè)實(shí)驗(yàn)。他們先讓一些蜜蜂觀看了8字舞蹈,然后迅速將它們轉(zhuǎn)移至250米以外的地方再進(jìn)行放飛。研究者發(fā)現(xiàn),這些蜜蜂還是依據(jù)此前觀看8字舞蹈所傳遞的信息進(jìn)行飛行,它們所抵達(dá)的地點(diǎn)正好與真正蜜源位移了大約250米。   

康奈爾大學(xué)的生物學(xué)教授托馬斯·西利表示:“這是一個(gè)非常成功的實(shí)驗(yàn),他們進(jìn)行了非常精確的操控以至于得到非常明晰結(jié)果。但是這里仍存在一些問題,我們不知道當(dāng)天色陰暗時(shí),旁觀的蜜蜂看了8字舞后能否接收到所有信息,而且我們?nèi)圆恢肋@一過程是怎樣進(jìn)化而來的?!泵绹纱竽么髮W(xué)的昆蟲學(xué)家杰里布羅門申克則認(rèn)為,這項(xiàng)研究具有廣泛應(yīng)用價(jià)值,例如,蜜蜂具有異常靈敏的嗅覺能夠記住大量不同的氣味,攜帶微型雷達(dá)收發(fā)機(jī)之后,它可以準(zhǔn)確探測出生物武器所在位置。

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