当蜜蜂被困在水里时,它们会自己制造波浪,然后“冲浪”到安全的地方

蜜蜂的翅膀上有水不能飞行,但它们可以产生微小的波浪并在上面“冲浪”。(照片:Wattlebird /在上面)

蜜蜂和我们一样需要水。一只蜜蜂可能会飞几英里去寻找一个好的水源,既可以饮用,也可以帮助调节蜂巢的温度。然而,有时,一只口渴的蜜蜂得到的比她想要的更多,而不是水最终进入蜜蜂体内,蜜蜂最终进入了水里。

这对蜜蜂来说比听起来更糟糕。蜜蜂不会游泳,当它们的翅膀湿了的时候,它们也不会飞。但一项新的研究表明,蜜蜂确实有另一个不那么明显的选择来拯救自己:冲浪。

这个发现源于一个幸运的意外。当研究工程师克里斯·卢(Chris Roh)走过加州理工学院(California Institute of Technology)校园时,他经过了加州理工学院(California Institute of Technology)的米利肯池塘(Millikan Pond)。卢武铉看到一只蜜蜂被困在水里,因为是中午,太阳把蜜蜂的影子直接投射到池底。然而,真正吸引他眼球的是蜜蜂翅膀所产生的波浪阴影。

当蜜蜂在水中嗡嗡作响时,卢意识到阴影显示的是它的翅膀激起的波浪的振幅,以及一只翅膀上的波浪与另一只翅膀上的波浪相撞时产生的干涉图案。

“看到这种行为,我非常兴奋,”卢在一篇文章中说声明“所以我把蜜蜂带回实验室,更近距离地观察它。”

回到实验室,卢重现了他在米利肯池塘看到的环境。在他的导师,加州理工学院航空和生物工程教授Morteza Gharib的指导下,他将一只蜜蜂放在一个盛有静水的平底锅中,然后从上面照射过滤光,在平底锅底部投下阴影。他们用33只蜜蜂做了这个实验,但每次只持续几分钟,然后给每只蜜蜂恢复的时间。

波澜

这项实验的结果最近发表在《美国国家科学院院刊》(Proceedings of The National Academy of Sciences)上,但你也可以从上面的视频中看到。

虽然水通过抓住翅膀阻止蜜蜂飞行,但同样的现象显然提供了另一种逃跑的方式。它让蜜蜂用翅膀拖水,产生可以推动她前进的波浪。研究人员发现,这种波型是从左到右对称的,而蜜蜂身后的水形成了一种强大的、振幅大的干涉波型。蜜蜂面前没有大的波浪或干扰,这种不对称性以微小的力推动她前进,总计约为百万分之一牛顿。

从这个角度来看,一个平均大小的苹果,由于地球引力,施加了大约1牛顿的力,这就是苹果的重量。蜜蜂的波浪只产生大约0.00002的力量,这听起来可能太弱而没有用处,但显然这足以帮助昆虫“冲浪”到安全的地方。

“蜜蜂翅膀的运动产生了一种波浪,它的身体能够向前滑行,”Gharib说。“它向安全的方向水翼或冲浪。”

冲浪生存

在水池中产生不对称波浪的蜜蜂
水翼术不能把蜜蜂抬出水面,但可以把她推进水边,然后她爬到安全的地方。 (图片来源:克里斯·卢和莫瑞·加里布/加州理工学院)

蜜蜂的翅膀不是平拍动,而是在入水时向下弯曲,然后在拉回水面时向上弯曲。研究人员解释说,拉动的动作产生推力,而推动的动作是一个恢复动作。

蜜蜂在水中拍动翅膀的速度也更慢,这是基于一种被称为“拍动幅度”的度量,它测量的是翅膀在拍动时移动的距离。研究人员指出,蜜蜂翅膀在飞行时的划水幅度约为90到120度,但在水中它下降到不到10度。这让蜜蜂的翅膀顶部保持干燥,而水则附着在翅膀底部,推动蜜蜂前进。

“水比空气重三个数量级,这就是为什么它能诱捕蜜蜂,”卢解释说。“但这个重量也让它对推进很有用。”

蜜蜂的饮用水
蜜蜂把水储存在它们的蜜胃里,然后把它带回蜂巢。 (照片:UrbanRadim /在上面)

这种技术有一些局限性,因为蜜蜂显然不能产生足够的力量把身体抬出水面。它可以推动它们前进,而不是原地乱跳,这可能足够让它们到达水边,在那里它们可以爬出来,飞走。但对蜜蜂来说,这种行为比飞行更累人,卢估计它们只能坚持10分钟左右,然后就筋疲力尽了,所以逃跑的机会可能有限。

卢补充说,这种行为在其他昆虫中从未被记录过,这可能是蜜蜂特有的适应能力。这项研究的重点是蜜蜂,但未来的研究可能会调查它是否也被其他蜜蜂物种使用,甚至可能是其他有翅昆虫。任何有助于我们更好地了解蜜蜂的努力都是值得的,考虑到蜜蜂的生态重要性和近年来蜜蜂数量的普遍下降——这个问题困扰着许多野生物种和蜜蜂。

据加州理工学院的一份新闻稿称,作为工程师,卢和加里布也将这一发现视为仿生技术的一个机遇,他们已经开始将其应用到机器人研究中。他们正在开发一种小型机器人,它可以像搁浅的蜜蜂一样在水面上移动,他们设想这项技术最终会被会飞和会游泳的机器人使用。