何世代にもわたって、養蜂家は賢い繁殖によってミツバチの奇妙な癖を取り除こうと努力してきました。動物は巣を効果的に利用していません。彼らは蜂の巣を何度も空のままにし、子孫を育てるためにも蜂蜜を保存するためにも使用しません。なぜ動物はこれほど非経済的な行動をするのでしょうか？過去 2 年間にわたり、ヴュルツブルクの研究者たちはコンピューター スキャナーとサーマル カメラを使用して、少しずつ答えを見つけました。その構造にある「穴」が、飛行する蜜収集者の知性を促進するのです。
そこに到達するまでには長い道のりがありました。一般的な用語では、ミツバチは勤勉さと勤勉さの象徴とみなされています。しかし生物学者の間では、ヴュルツブルク大学のマルティン・リンダウアー教授が30年以上前にこのイメージを打ち破った。ミツバチの研究の第一人者は、働きバチにカラフルな点を付けて、蜂が巣立つ頻度を数えました。ヴュルツブルク大学の彼の後継者たちは、最近、最新のテクノロジーを使用して彼の実験を繰り返しました。生物学者らはコンピューターで読み取り可能なタグを動物に取り付け、巣の中やスーパーマーケットのレジなどの出口にスキャナーを設置して動物のあらゆる行動を記録した。
新しい実験は古い発見を裏付けました。採集者は、花蜜の探索に一日の労働時間の約 30 パーセントしか費やしません。残りの時間は巣の中にいますが、そこでは何もすることがないようです。動物たちは養蜂家を非常に悩ませる空の蜂の巣に這い込み、そこに横たわっています。彼らは休んでいるのか、それとも寝ているのか？
この疑問は、ヴュルツブルク大学のユルゲン・タウツ教授率いる作業グループが最終的に発見するまで、長い間答えられませんでした。タウツ氏と彼のチームは、最新の機器を好む傾向で行動研究を行っています。マルコ・クラインヘンツ氏とブリギット・ブジョク氏は、サーマルカメラで蜂の巣の中での出来事を追跡した。これにより、個々の動物の体温の違いを記録することができます。ミツバチが空調の達人で、家を平均摂氏35度まで暖めることは何十年も前から知られていた。しかし、ヴュルツブルグ家の人々が発見したことは専門家を驚かせた。巣の中に異なる温度のパッチワークがあったのだ。ミツバチが寝ているように見える蜂の巣が最も暑かった。動物の平均体温は41度でした。作業員の中には、人間にとって致死的な体温である43度に達した人もいた。
ヴュルツブルクの人々は建物内のこれらの「熱い蜂」の分布を分析し、それらが偶然どこかに座っているわけではないことを発見しました。 「彼らの仕事は幼虫と蛹を温めることです。この目的のために、加熱櫛が巣全体に非常に正確に配置されているため、雛櫛を均一に温めることができます。」とタウツ氏は言います。労働者は飛行する筋肉をエネルギー源として使用します。彼らは翼を筋肉から切り離し、その場で「飛行」し始めます。これは大変な作業です。遅くとも 15 ～ 20 分後にはミツバチの活動を停止し、別のミツバチがその役割を引き継ぎます。
ブリギット・ブジョクさんは、一部の火夫が幼虫の巣のワックスカバーに胸を押し付け、幼虫を上から温めていることを観察しました。 「労働者は、どこを加熱する必要があるかを示す『温度センサー』を持っています。幼虫は寒くなりすぎると化学信号も発するのではないかと私たちは考えています」とタウツ氏は言う。
ミツバチの努力を見て生物学者は疑念を抱いた。ウジ虫や蛹は低温では発育が遅くなるため、ストック温度が重要であることは昔から知られていました。しかしそれ以外の場合、熱は成長するミツバチに大きな影響を与えないようです。
一般に、メスのミツバチは夏に孵化してから約 4 ～ 6 週間生き、この間にミツバチの働きのすべての段階を経ます。
• それは清掃員から始まります。若いミツバチは蜂の巣を掃除し、巣からゴミを取り除きます。
• 育児は彼女の次の仕事です。これには、幼虫に花粉や花蜜を与えることが含まれます。
• 次に、ハニカム構造と巣の入り口の警備業務の仕事が続きます。
• 最後の仕事は、蜜と花粉の収集人としての野外奉仕です。
米国の研究者が数カ月前に発見したように、ミツバチの生涯にはまったく異なる遺伝子が活動していることがわかった。ミツバチは、さまざまな仕事のために特別な器官を発達させます。幼虫の世話をするミツバチは、特に栄養価の高い乳を生成する乳腺を持っています。一方、建設用ミツバチにはワックス腺があります。ただし、分業システムは柔軟です。必要に応じて、たとえば蜂の巣が外側から破壊された場合、採集者は建設チームに戻り、再びワックス腺を開発します。
ミツバチの発育に熱がどのような役割を果たしているかを正確に調べるために、ヴュルツブルクの研究者らは、若いミツバチをさまざまな温度で成長させた。孵化後、各動物にはチップが貼り付けられました。生物学者のセバスチャン・ストライト氏とフィオラ・ボック氏は、巣穴と出口の穴に設置されたスキャナーを使用して、それぞれのミツバチがどこで活動し、どのように成功したかを追跡した。彼らはまた、さまざまな温度で飼育された作業員のパフォーマンスもテストしました。結果: 低温で育てられた動物は、34 度または 36 度で育てられた動物よりも学習能力が低く、すべての作業に適しているわけではありません。何よりも、学習と収集が困難でした。実験では、気温32度のミツバチは、特定の香りと食物源を関連付けることを学習するのに苦労しました。それに加えて、失踪する頻度が大幅に増加しました。多くのミツバチは巣に戻る道が見つからず、研究者らは間違った巣穴にいるミツバチを発見することさえあった。 「愚かな」採集者たちが良質で豊富な花の供給源を発見したとしても、同種の人々にその蜜源の品質を納得させることができたことはほとんどありませんでした。
ミツバチは、いわゆるワッグルダンスを通じて、見つけたものの性質、方向や距離を互いに伝えます。フロア入口付近の専用「ダンスフロア」で行われます。踊るミツバチは蜂の巣にくっつき、蜂の巣は常に地面に対して正確に垂直に建てられます。ダンサーの位置から、他の採集者は太陽の方向に対してどのような角度で食物源があるかを知ることができます。頭が正確に上を向いていれば、それは正確に太陽の方向にあります。頭が水平に右を向いている場合、それは太陽の右 90 度にあります。採集者が巣の暗闇の中で長時間踊っていても、ダンス中に太陽の角度を常に修正する体内時計があるため、間違いを犯すことはありません。
ダンス中、ミツバチは体を激しく振り、小刻みに動き、その後、一瞬円を描いて走ります。ワグルの持続時間によって仲間のミツバチは餌までの距離を知ることができます。しかし、タウツのチームが発見したように、ミツバチは絶対的なルートを与えるのではなく、重要なウェイポイントを追加するのです。高度に構造化された地形を 400 メートル走ると、砂地を 400 メートル走るよりもダンスが長くなります。彼らが自分の軸の周りを走る速度は、ソースがいかに魅力的であるかを明らかにします。彼らが速く走るほど、生産性は高くなります。
通常、ワグルダンスは観客を魅了します。しかし、巣の中で冷やされて育てられた動物たちが何を報告しようとしているのか、誰も興味を示さなかった。タウツ氏: 「どうやら、これらのミツバチは、種特有のコミュニケーション能力を持っていないようです。私たちは、動物の発育には、適切な温度でのみ神経系が最適に発達する重要な段階があるのではないかと考えています。」ヴュルツブルクの人々は、ミツバチがニーズに応じて、屋内奉仕の「単純な」労働者や野外作業の「賢い」労働者を集めるために特に熱を利用しているという兆候さえ発見した。 「これまで誰もこのような見方をしたことがなかった」とツーソンにあるカール・ヘイデン蜂研究センターの蜂専門家グロリア・デグランディ・ホフマン氏は、この熱実験について雑誌『ニュー・サイエンティスト』でコメントした。 「これまで、人々は常に、さまざまな才能には遺伝的な原因があると考えられてきました。」
熱はさまざまな形で巣の中で大きな役割を果たしています。現在カリフォルニア大学バークレー校のフィリップ・T・スタークスは2000年に、危険な蜂を殺す菌であるアコスファエラ・アピスという真菌によって巣が文字通り発熱する可能性があると報告しました。 。それは幼虫を攻撃し、動物に侵入し、完全に繁殖し、最終的には白亜質のミイラだけが残ります。そのため、養蜂家はこの感染症をチョーク病と呼んでいます。菌類は涼しい建物内で活動しやすくなります。スタークス博士は、感染したコロニーでは巣穴内の平均温度が0.5度上昇することを発見した。
ヴュルツブルクのチームは、熱が驚異的な精度性能の説明にもなることを発見しました。ハニカムは、上下に安定した太いバーと、非常に薄い壁を備えた 6 つの壁を持つチューブです。この信じられないほどの精度がどのようにして可能になったのかを説明できるエンジニアは誰もいませんでした。研究者らはワックスの性質にその解決策を見出しました。ミツバチは最初は丸い端を持つ非常に粗い蜂の巣しか構築しません。次に、ヒーターミツバチが蜂の巣に侵入し、ワックスが溶けるまで加熱します。冷却すると、それ以上の操作を行わなくても、最終的な角張った構造が形成されます。
太い棒を備えたハニカムは、単なる安定した苗床や保管場所ではありません。コミュニケーションにも役立ちます。なぜなら、有名なワッグルダンスは、最近まで生物学者が考えていたものとは異なる方法で行われるからです。タウツ：「このコミュニケーションダンスは数十年前にマーティン・リンダウアーによって撮影されました。何千人もの教師、生徒、研究者がそれを見て、一種のダンスランだと考えました。」
彼らは重要なことを見落としていました。そのダンスは非常に印象的であるように見えますが、巣の中でそのダンスを見ることができたミツバチはいません。 「あそこはとても暗いです。 「つまり、動物は見て学ぶことができないのです」とタウツ氏は言う。ヴュルツブルクの研究者らは高速カメラを使用して、ミツバチが小刻みに動く段階ではほとんど歩かず、ほぼずっと蜂の巣にしがみついて、体を前後に動かすだけであることを発見した。生物学者のチームは、巣全体のニュースに注目を集めるために、動物の激しい動きによって振動が発生するという仮説を立てました。フランスのトゥールで、研究者たちはアイデアをテストするための適切な機器を備えた協力パートナーを見つけました。フランスのレーザードップラー振動計を使用すると、振動表面に触れずに振動を記録できます。
科学者らはミツバチのダンスの周波数を測定し、巣の前面で振動が生じたときに背面で何が起こるかを観察した。彼らは、ミツバチが飛行筋肉を使って毎分 270 回の振動を発生させることを発見しました。これは深いハム音で、採集者が飛ぶ音に似ています。これらの振動は、ハニカムの厚いウェブ全体に伝わります。タウツ氏はこの通信システムを、蜂の巣を意味する英語表現「honeycomb」にちなんで「Comb Wide Web」と名付けました。新しい食料源に興味のある採集者は、その振動に引き寄せられます。彼らは興味津々でダンサーに触れます。彼らはアンテナを使って、採集者の髪にどのような種類の蜜が定着しているかを味わい、直接接触することで食物源の距離と方向に関する情報を感じます。
「養蜂家が木の枠で蜂の巣を囲むと、意図せずにこのコミュニケーションが中断されます。木枠で振動が止まるからです」とタウツ氏は言う。しかしミツバチたちはお互いに助け合う方法を知っています。現場の情報システムが再び稼働するまで、彼らは木造建築物の数カ所をかじった。
新しい結果は、ミツバチに関するすべての疑問にまだ答えていません。ミツバチの「Apis mellifera」は、特に医師やエンジニアにとって、まだ多くの恩恵をもたらしてくれます。老化研究からの 2 つの例:
• 夏ミツバチは最長 6 週間生きますが、冬ミツバチは最長 10 か月生きます。彼らはどうやってそれを行うのでしょうか？
• 人間とは対照的に、ミツバチの学習能力は年齢とともに増加します。ここでも、なぜそうなるのかはまだ不明です。
あるいは知性の例で言えば、その驚くべき学習能力にもかかわらず、一匹のミツバチは哺乳類や鳥類と比べるとかなり愚かです。一方、国民全体は知的かつ極めて柔軟に行動します。したがって、コンピューターの専門家は、この「創発的な」インテリジェンスに非常に興味を持っています。彼らは、たとえば宇宙ミッションなどで、集団としてインテリジェントに行動できる小型で安価なロボットを構想しています。おそらく遠い日、それは人間のようなアンドロイドではなく、蜂のような「アピソイド」の部隊によって、宇宙にいる地球外生命体に地球上の生命の第一印象を与えることになるだろう。 ■
トーマス・ウィルケ
コミュニティインターネット
ヴュルツブルクのミツバチ研究者のホームページ:
zoo2.biozentrum.uni-wuerzburg.de/tautz
ウルム昆虫飛行研究者のホームページ:
stammhirn.biologie.uni-ulm.de/w4fly/
ベルリンミツバチの脳研究者のホームページ:
www.neurobiologie.fu-berlin.de/
ホーエンハイム養蜂研究所には、養蜂に関する背景情報と多くのリンクが含まれています。
www.uni-hohenheim.de/bienenkunde
タイトルなし
ドローンは、卵子が精子と受精していないため、母親由来の染色体を 1 セットしか持っていません。ミツバチの性別は人間のような性染色体ではなく、染色体の数によって決まります。
働きバチと女王バチは、人間と同じように 2 セットの染色体を持っています。彼女の卵は受精しており、女王蜂と雄蜂の遺伝情報が含まれています。
3日間の孵化後、幼虫が卵から孵化します。
巣から少なくとも 4 ～ 7 キロメートル離れたところに、雄蜂と若い女王蜂が交尾するために集合する雄鳥集合地点があります。距離が遠いということは、異なる民族の性的パートナーが出会うことができ、近親交配が存在しないことを意味します。
世界には国家を形成するミツバチが 9 種ありますが、ヨーロッパにはミツバチ Apis mellifera だけです。
女王蜂は最大 20 匹の雄蜂と交尾し、生涯と数十万匹の雌の子孫に必要な精子を収集します。
採集者は、花蜜の探索に時間の約 30 パーセントしか費やしません。これは、1 日に約 4 回の小旅行に相当します。動物たちは一日のほとんどを巣の中にいます。
採集者は 1 回の飛行につき約 50 ミリグラムの花蜜を巣に戻します。動物自体の重さは約 80 ミリグラムしかないため、これは膨大な収容力に相当します。
女王蜂「ヴァイゼル」は1日に1,500個の卵を産みます。
夏の間、中型の巣箱には 40,000 ～ 60,000 匹のミツバチが住んでいます。秋から冬にかけて住民の数は4,000人から15,000人にまで減ります。
採集者は1キログラムの蜂蜜を得るために30万キロも飛行しなければならない。
ミツバチの神経中枢には1億個の神経細胞があり、人間の脳には約1000億個の神経細胞があります。これは、脳の大きさと体重の比率が両方の生き物でほぼ同じであり、非常に大きな蜂の巣ではほぼ同じ数の蜂が協力することを意味します
人間の脳のような神経細胞。この動物はしばしば生物の細胞のように行動し、必要に応じて自らを犠牲にすることさえあるため、多くの研究者はミツバチのコロニーを「超生物」であると考えています。
ミツバチのゲノムには 3 億塩基対があります。完全に解読されたのは 2004 年でした。比較のために、ヒトのゲノムには約 30 億の塩基対があります。
タイトルなし
この取引は関係者全員に次の利益をもたらします。
· 植物 – 性的奉仕の対価として、甘い蜜をミツバチに「支払い」ます。ミツバチが花を訪れると、食物だけでなく、植物の精子である花粉も摂取するからです。彼女は食べ物を探し続けながら、雌花の受精にそれを使用します。
· ミツバチ – 冬に向けて食料と物資を受け取ります。
· 養蜂家 – 彼らは貴重な蜂蜜を入手し、安価な砂糖溶液でミツバチを補います。
· 農家の場合 – 植物の育種、特に果物の栽培は、ミツバチと花の相互作用なしには不可能です。なぜなら、受精がなければ果物は生まれないからです。果物の収穫量のほぼ 85% はミツバチの受粉に依存しており、野菜や菜種の場合は最大 70% に達します。ドイツでは、アマチュア養蜂家の軍隊が農家を支援しています。彼らの経済的利益がどれほど大きいかを計算するのは困難です。推定によれば、米国の農業だけでも年間 60 億から 140 億米ドルに達します。
蜂蜜の生産は、人間の基準からすると、まったく食欲をそそるものではありません。採餌ミツバチはその蜜を食べて胃に集めます。巣に戻ると、彼女は食物の果肉（花粉も含まれている可能性がある）を吐き戻し、それを働きバチに渡します。彼らの胃、つまりはちみつのうの中で、蜜ペーストに酵素を加え、それをグルコースやフルクトースなどの消化しやすい糖に分解します。さらに、生蜂蜜には防腐剤として抗生物質が含まれているほか、微量のビタミンや香料も含まれています。
その後、他の労働者が砂糖ジュースを引き継ぎます。彼らはそれをトランクスから放出し、再び吸い込みます。これにより水が蒸発します。生蜂蜜が乾物の50〜60パーセントまで濃くなると、蜂の巣に詰められます。ミツバチは羽ばたくことでさらに多くの水を蒸発させます。水分が20％程度まで下がって初めて蜂蜜は完熟し、ワックスキャップで密封されます。冬ミツバチが食料として必要とするか、養蜂家が来るまで、ここで休息します。
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「物理的に言えば、ミツバチはまったく飛ぶことができません。動物たちがそれを知らないのは良いことです。」研究者たちがハイテク手法を使って昆虫の飛行の謎の多くを解決したため、この古い生物学者のジョークは終わりました。神経生物学者のDr.ウルム大学のフリッツ・オラフ・レーマン氏は次のように報告している。しかし、昆虫の飛行がどのように機能しないのかがわかっただけです。」風洞で測定された力は、ミツバチを空中に留めたり、前進させたりするには十分ではありません。 「場合によっては、必要な浮力の 10 ～ 20 パーセントしか提供できないこともあります」とリーマン氏は言います。
風洞実験中、研究者らは重要な事実を考慮していませんでした。昆虫は羽を非常に速く動かすため、風洞内で発生する気流とはまったく異なる気流を生成します。そしてそれらは非常に小さいので、空気の分子を結びつける力は動物にとって非常に大きくなります。ミツバチや他の昆虫にとって、空気はツバメやワシよりもはるかに「厳しい」ものです。小さな昆虫は飛ぶのではなく、空中を泳ぎます。この物理的状況により、鳥類とは異なる飛行技術を使用せざるを得なくなり、航空機メーカーが夢見ることしかできない可能性が鳥類に与えられました。昆虫は 3 億年にわたる進化の過程で、飛行技術を完成させてきました。
昆虫の飛行の仕組みを理解するには、ここに簡単なガイドがあります。上体を前に傾け、手のひらを下にして腕を横に伸ばします。次に、「翼」を下向きに、真っ直ぐではなく、S 字カーブを描くように羽ばたきます。パンチの終点に到達する直前に、腕と手を回転させて、手のひらが少し前を向いてから上を向くようにします。次に、S字カーブを上向きに描き、頂上で再び手と腕を回転させます。ヒット時やフォール時は手のひらを飛行方向の上方に約45度傾けてください。あなたはストロークで 8 を表現しました。
これらの運動中に何が起こるかを調べるために、カリフォルニア大学バークレー校のフリッツ・オラフ・レーマンらは、1990 年代後半にショウジョウバエをモデルにした飛行ロボット、RoboFly を構築しました。レーマンは彼とその後継者たちとともに、ウルムの流れから力がどのように発生するかを今も研究している。翼のサイズと飛行媒体の靭性の関係が正しいことを確認するために、RoboFly は空気中ではなく油中で「飛行」します。また、気泡が細かく分散されているため、渦や流れを認識しやすいという利点もあります。
最も重要な結果の 1 つは、昆虫が空気から安定した渦泡を生成することで、羽の迎え角を極端に大きくできることです。 「飛行機でも、翼の迎え角が 15 度を超えると、飛行力を大幅に高める渦システムを作り出すことができます」とレーマン氏は言います。 「しかし、大きな問題があります。このような渦システムは通常、従来の航空機では安定しません。それらが発生すると、マシンがクラッシュする可能性があります。」
しかし、RoboFly では、前羽の端に安定した渦気泡が発生します。この現象は、ショウジョウバエに飛行に必要な総体力の 50 パーセントを与えます。他の小さな昆虫と同様に、転換点で羽を回転させることでさらに 35% 増加します。この時点で、翼が回転すると、飛行方向に逆らって一時的に羽ばたきます。これにより、翼の上側と下側で流速が異なるため、渦が発生します。これは、サッカー選手が右キックでボールに力を伝えて前方に飛ばすだけでなく、回転をかけてボールがコーナーを曲がるのと同じ効果です。
ホバリングするとき、昆虫は翼を上下に羽ばたかせるのではなく、前後に羽ばたくとき、航跡捕獲として知られる一種のエネルギーリサイクルを行います。鳥も同様の効果を利用しますが、仲間の鳥の助けが必要です。適切な角度と距離で別の鳥を追いかけると、エネルギーを節約して飛ぶことができます。彼らは実際にそのあとを飛んでいきます。昆虫は、羽の前縁にある渦嚢を巧みに利用することで、独自の航跡（英語ではwake）を作り出すことができます。
「私たちはハエのモデルを使用して結果を得ましたが、原理は本質的にミツバチにも当てはまるはずです」とリーマン氏は言います。この新しい発見は、ヘリコプターの開発者たちも彼の研究室に引きつけます。フローテクノロジーという点では、鳥と飛行機の飛行、昆虫とヘリコプターの飛行は似ています。鳥の翼は比較的硬いため、速度はどこでもほぼ同じです。これは、ミツバチやヘリコプターの回転翼には当てはまりません。ローターの中心または翼の接合部は非常にゆっくりと回転しますが、翼の先端は非常に速く回転します。これは、多くの昆虫が脊椎膀胱を安定に保つのに役立ちます。現在、Fliege, Bee and Co のエンジニアは、翼の流れをより効果的に利用する方法を学びたいと考えています。
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· 熱はミツバチの発達、知能、ナビゲーションスキルにとって非常に重要です。
· ミツバチは物理的なトリックを使って飛行しますが、これは航空機設計者が夢見ることしかできません。
