مکانیسم های هدایت پرواز در دسته های زنبور عسل ؛ چگونه بچه کندوها به مقصد خود میرسند؟
مسیر پرواز ممکن است چندین کیلومتر امتداد داشته باشد و از مزارع، جنگل ها، قله ها، دره ها، و حتی مرداب ها و دریاچه ها بگذرد. آنچه بیش از همه شگفت انگیز است، دقت هدایت پرواز است، زیرا دسته زنبورها قادر است خود را به یک نقطه خاص ، مثلاً یک سوراخ خاص و در یک درخت مشخص در گوشه ای از جنگل برساند. همچنین با نزدیک شدن دسته به مقصد، سرعت پرواز به تدریج کاهش می یابد تا دقیقاً در “ورودی” لانه جدید متوقف شود. رمز و راز چگونگی هماهنگی هزاران زنبور در این پرواز گروهی دقیق، در سال های اخیر با استفاده از فناوری های پیشرفته رادار، ضبط ویدئویی و پردازش تصویر بررسی شده است. در این مقاله، یافته های کلیدی این پژوهش ها را مرور خواهیم کرد.
بررسی ها نشان داده اند که تنها ۳ تا ۴ درصد از زنبورهای یک دسته، پیش از نقل مکان به لانه جدید، از آن بازدید کرده اند (سیلی و همکاران ۱۹۷۹؛ سیلی و بورمن ۱۹۹۹). این اقلیت آگاه ، شامل تمام زنبورهای پیشاهنگی است که در فرآیند انتخاب لانه جدید توسط دسته، از محل مورد نظر بازدید کرده اند (مرور شده توسط ویچر ۲۰۰۷؛ سیلی ۲۰۱۰). بنابراین هنگام پرواز دسته به سمت لانه جدید، این گروه کوچک (حدود ۳۰۰ تا ۴۰۰ زنبور در یک دسته ۱۰٬۰۰۰ تایی) مسئول هدایت بقیه هستند. اما این سیستم رهبری و پیروی چگونه عمل میکند؟
نقش فرومون های غده نازانوف
یک فرضیه این است که زنبورهای پیشاهنگ با استفاده از فرومون های جذبی تولیدشده در غده نازانوف (بخشی از اندام بویایی در انتهای شکم زنبور کارگر) هدایت پرواز را انجام میدهند (شکل ۱). آزمایشی روی سه دسته زنبور (هر کدام با یک ملکه و ۴٬۰۰۰ کارگر) انجام شد که در آن اندام بویایی زنبورها با رنگ مسدود شده بود.
نتایج نشان داد این دسته ها اگر چه با تأخیر بیشتری (۲۰ دقیقه مقابل ۹ دقیقه) وارد کندو شدند، اما همچنان توانایی پرواز مستقیم و سریع به سمت لانه جدید را داشتند. این نشان میدهد فرومون های نازانوف در هدایت پرواز نقش ندارند، اما در یافتن ورودی لانه جدید به همراهان کمک میکنند.
فرضیه زنبورهای استریکر (پرشتاب)
شکل ۲. نمای شماتیک الگوی پرواز زنبورها در یک دسته در حال حرکت به سمت راست. “لیندائر” گزارش کرد که زنبورهای استریکر عمدتاً در بالای ابر دسته زنبورها مشاهده میشوند.
فرضیه دوم به نقش سیگنالهای بصری اشاره دارد. مارتین لیندائر، محقق آلمانی، در سال ۱۹۵۵ مشاهده کرد که صدها زنبور موسوم به “استریکر” با سرعت بالا از بالای دسته عبور میکنند و حدس زد که این رفتار جهت پرواز را مشخص میکند.
مطالعه ای در سال ۲۰۱۳ با ردیابی رادار هارمونیک، حرکت دو زنبور پیشاهنگ را در طول پرواز یک دسته بررسی کرد. هر دو زنبور، الگوی “استریکر” را نشان دادند. پروازهای پرشتاب به سمت مقصد، همراه با حرکت آهسته به عقب و حلقه های ثابت. این رفتار، زنبورها را به عقب ابر دسته میبرد تا برای شروع یک پرواز پرشتاب دیگر آماده شوند.
در صورت تمایل مقاله ” جلوگیری از تولید بچه کندو ” را نیز ملاحظه کنید
تأیید فرضیه با فناوری ردیابی
مطالعه ای در سال ۲۰۰۸ با ردیابی همزمان حرکات هزاران زنبور در یک دسته، سرعت، جهت و موقعیت هر زنبور را اندازه گیری کرد. نتایج نشان داد زنبورهای پرسرعت واقعاً به سمت لانه جدید حرکت میکنند و بیشتر در بالای ابر دسته دیده میشوند. این موقعیت آنها را به عنوان اشیایی تیره در برابر آسمان روشن برای سایر زنبورها آشکار میکند.
این پژوهش ها به طور جمعی نشان میدهند که هدایت دقیق دسته زنبورها نه با فرومون ها، بلکه با الگوهای پرواز پرشتابِ زنبورهای پیشاهنگ در بالای دسته و قابلیت پیروان در تشخیص این سیگنال های بصری ممکن میشود.
شکل ۳. کرک ویچر (چپ) و تام سیلی در سال ۲۰۰۶، در حال مشاهده یک دسته آزمایشی که به سمت کندوی طعمه در جزیره اَپلِدور در ایالت مِین حرکت میکند. (عکس از پیتر اِسیک)
آغاز پژوهش ؛ استفاده از دوربین ویدیویی با وضوح بالا
این مطالعه با پرواز یک دسته زنبور بر فراز یک دوربین ویدیویی با وضوح بالا آغاز شد. دوربین مجهز به لنز واید بود تا بتواند تمام عرض دسته پروازی را ثبت کند. سرعت شاتر دوربین نیز بسیار بالا (یک ده هزارم ثانیه) تنظیم شده بود تا هر زنبور در هر فریم به صورت یک لکه بیضی شکل کوتاه (نه به صورت خطی کشیده) دیده شود.
برای اطمینان از پرواز مستقیم دسته بر فراز دوربین، این ثبت تصویر در جزیره ای بدون درخت در اقیانوس اطلس انجام شد که تنها مقصد جذاب برای زنبورها، یک کندوی طعمه در فاصله ۲۵۰ متری از دسته بود (شکل ۳). دوربین در فاصله ۵۰ فوتی (۱۵ متری) از محل استقرار موقت دسته و در مسیر پرواز به سمت کندو قرار داده شد. این دسته دو بار مجبور به انجام پرواز کامل به سمت کندو شد و هر دو بار (خوشبختانه!) دقیقاً از بالای دوربین عبور کرد.
بازسازی سه بُعدی حرکات زنبورها
پس از ثبت دو ویدیو از پرواز دسته، مرحله بعدی استفاده از الگوریتم های ردیابی نقاط (ابداع شده توسط مهندسان بینایی کامپیوتری) برای بازسازی سه بُعدی حرکات پروازی تک به تک زنبورها درون دسته بود. در این فرآیند، هر لکه بیضی شکل (نمایانگر یک زنبور) در یک فریم ویدیویی با لکه متناظر در فریم بعدی تطبیق داده میشد. این کار به صورت فریم به فریم ادامه می یافت تا مسیرهای پروازی زنبورها در میدان دید دوربین مشخص شود.اندازه هر لکه، ارتفاع زنبور از دوربین را نشان میداد، بنابراین زنبورهای موجود در لایه های بالایی و پایینی ابر دسته قابل تشخیص بودند.
یافته های کلیدی ؛ ارتباط سرعت پرواز و جهت
شکل ۴. سرعت پرواز در مقابل زاویه پرواز برای زنبورهای یک دسته در حال پرواز، زمانی که ۱۵ متر از محل استقرار موقت خود فاصله داشتند. زنبورهایی با زاویه پرواز ۰ درجه مستقیماً به سمت لانه جدید حرکت میکردند. سایرین با زوایای مختلفی به چپ یا راست منحرف می شدند. داده ها برای لایه های بالایی و پایینی ابر دسته به صورت جداگانه نمایش داده شدهاند. واحد سرعت پرواز، «طول بدن زنبور در هر فریم ویدیویی» است.
مهمترین نتیجه این تحلیل دقیق ویدیویی این بود که زنبورهای پرسرعت واقعاً در جهت پرواز دسته (یعنی به سمت کندو) حرکت میکردند. همانطور که در شکل ۴ مشاهده میشود، سریعترین زنبورها مستقیماً به سمت مقصد پرواز میکردند، در حالی که کندترین ها در جهت مخالف حرکت میکردند. همچنین، زنبورهای پرسرعت عمدتاً در لایه بالایی ابر دسته قرار داشتند. علاوه بر این، زنبورهایی که به سمت لانه جدید پرواز میکردند نه تنها سرعت بالاتری داشتند، بلکه با حرکت از عقب به جلوی ابر دسته، شتاب نیز میگرفتند.
به نظر میرسد بخشی از این افزایش سرعت ناشی از تعقیب زنبورهای پیرو (فاقد اطلاعات) توسط زنبورهای پیشاهنگ (رهبر) بوده است. این فرآیند ممکن است باعث ایجاد یک واکنش زنجیره ای شود، به طوری که زنبورهای آگاه، زنبورهای ناآگاه اطراف خود را تحت تأثیر قرار داده و آنها نیز با افزایش سرعت، بر دیگران اثر میگذارند. این مکانیسم، افزایش تدریجی سرعت پرواز دسته را که در شکل ۵ نشان داده شده است، توضیح میدهد.
شکل ۵. سرعت پرواز سه دسته زنبور در مسیر ۲۷۰ متری (۸۸۰ فوتی) به سمت کندوی طعمه. حداکثر سرعت آنها ۵-۷ کیلومتر بر ساعت (۳.۰-۴.۲ مایل بر ساعت) بود. در پروازهای طولانیتر، سرعت دستهها به حدود ۱۲ کیلومتر بر ساعت (۷.۲ مایل بر ساعت) میرسد.
سوالات بی پاسخ و فرضیه های آینده
بسیاری از پرسش ها درباره پرواز شگفت انگیز دسته زنبورها بی پاسخ مانده اند:
- دسته چگونه در فاصله ۹۰ متری (۳۰۰ فوتی) از مقصد (شکل ۵) سرعت خود را کاهش میدهد؟
- زنبورهای پیشاهنگ دقیقاً چگونه پروازهای مکرر «استریکر» را درون ابر دسته انجام میدهند؟ آیا پس از رسیدن به جلوی دسته توقف میکنند یا به زیر ابر پرواز میکنند (جایی که در برابر پوشش گیاهی تیره، نامرئی میشوند)؟
- چگونه تمام زنبورهای پیشاهنگ که از لانه جدید بازدید کردهاند، پیش از آغاز پرواز دسته، به آن بازمیگردند؟ آیا آنها با دریافت سیگنالهای ویژهای (مثلاً بویایی یا بینایی) متوجه میشوند که زمان پرواز فرا رسیده است؟
به نظر میرسد زنبورها مکانیسم های پنهانی برای اطمینان از حضور حداکثری پیشاهنگ ها در دسته پیش از پرواز دارند. این امر حیاتی است، چراکه تنها ۳-۴٪ از اعضای دسته از مسیر پرواز آگاهند و وجود هر چه بیشتر این ناوبران، موفقیت پرواز گروهی را تضمین میکند.
- درباره نویسندگان :
- تام سیلی استاد زیست شناسی در دپارتمان نوروبیولوژی و رفتار دانشگاه کرنل در ایتاکا، نیویورک است. او همچنین به عنوان یک زنبوردار پرشور فعالیت میکند.
- آن چیلکات نویسنده و زنبورداری است که در حال حاضر به عنوان نماینده شمال انجمن زنبورداران اسکاتلند فعالیت میکند. او گواهی پیشرفته زنبورداری (SBA Advanced Beemasters) دارد و به زنبورداران تازه کار در منطقه روستایی نرنشایر اسکاتلند مشاوره میدهد.
