مکانیسم‌های هدایت پرواز بچه های زنبور عسل ، چگونه به جایی که می‌خواهند می‌رسند
هرکسی مشاهده کند که انبوهی از زنبورها به پرواز در می آیند و به سمت خانه جدید خود حرکت می کنند، با یک پازل حیرت انگیز روبرو می شوند: چگونه این ابر به اندازه اتوبوس مدرسه متشکل از 10000 حشره موفق می شود مستقیماً به محل زندگی جدید خود پرواز کند؟
مسیر پرواز آنها ممکن است تا چندین کیلومتر گسترش یابد و از مزارع و جنگل ها، بالای تپه ها و دره ها و حتی باتلاق ها و دریاچه ها عبور کند. چیزی که شگفت‌انگیزتر است، دقت هدایت پرواز است، زیرا بچه کندو می‌تواند خود را به یک نقطه خاص در افق ، مثلاً یک گره خاص در یک درخت خاص در گوشه‌ای از جنگل هدایت کند. و همانطور که بچه کندو به مقصد نزدیک می شود، به تدریج سرعت پرواز خود را کاهش می دهد تا دقیقاً در "در ورودی" خانه جدید خود متوقف شود.
معمای این که چگونه هزاران زنبور در یک ازدحام این شاهکار باشکوه پرواز گروهی دقیقاً جهت‌دار را انجام می‌دهند، در سال‌های اخیر با استفاده از فناوری‌های پیچیده ردیابی راداری، ضبط ویدیو و پردازش تصویر به دقت مورد بررسی قرار گرفته است. در این مقاله به بررسی یافته های اصلی این تحقیقات می پردازیم.
ابتدا اجازه دهید موضوع را کمی دقیق تر تعریف کنیم. چندین مطالعه نشان داده اند که تنها سه تا چهار درصد از زنبورهای یک دسته از محل خانه جدید قبل از حرکت ازدحام به آن بازدید کرده اند. این اقلیت کوچک از زنبورهای آگاه ، شامل تمام زنبورهای پیشاهنگی است که در طی فرآیند دسته جمعی برای انتخاب محل سکونت خود از محل انتخاب شده بازدید کرده اند . بنابراین هنگامی که یک گروه و دسته متوسط 10000زنبوری به خانه جدید خود پرواز می کند، تعداد نسبتاً کمی درحدود 300 تا 400 عدد از زنبورهای آگاه باید بقیه را به مقصد برساند.
این سیستم رهبران و پیروان چگونه کار می کند؟
یک احتمال این است که رهبران با استفاده از فرومون های جذبی تولید شده در غده نازانوف که بخشی از اندام بویایی در نوک شکم زنبور کارگر است، هدایت پرواز را ارائه دهند (شکل 1). رهبران ممکن است این فرمون ها را در امتداد جلوی ابر جمعیت تخلیه کنند تا زنبورهای دیگر را جذب کنند و در نتیجه آنها را راهنمایی کنند تا در این جهت حرکت کنند. این فرضیه در یک مطالعه (بیکمن و همکاران 2006) با سه دسته که هر کدام متشکل از یک ملکه و 4000 کارگر بود ، مورد آزمایش قرار گرفت که در آن عضو معطر هر زنبور کارگر با رنگ مسدود گردید. هر دسته بچه برای توانایی خود در انجام یک پرواز با سرعت کامل به سمت کندوی طعمه در مرکز یک میدان باز ، مورد آزمایش قرار گرفت.
شکل 1. تصویر سمت چپ بخش هایی از شکم یک زنبور کارگر را نشان می دهد، اندام بویایی در حالت استراحت بسته شده و تصویر سمت راست، اندام بویایی با بالا بردن شکم و نوک کردن آخرین بخش شکم به سمت پایین آشکار می شود.
به عنوان کنترل سه دسته دیگر با همان اندازه تهیه شد که در آن هر زنبور کارگر بدون اینکه اندام رایحه‌اش را بپوشاند ، یک نقطه رنگ روی شکمش می‌مالیدند و توانایی پرواز آنها نیز به همین ترتیب مورد آزمایش قرار گرفت. هر دو گروه تیمار و کنترل مستقیماً و به سرعت به سمت کندو طعمه پرواز کردند، اما گروه های درمانی بسیار بیشتر از گروه های کنترل (به طور متوسط 20 دقیقه در مقابل 9 دقیقه) طول کشید تا پس از رسیدن به محل کندو به داخل کندو حرکت کنند. این آزمایش نشان داد که رهبران یک بچه کندو با استفاده از فرومون‌های غده نازانوف، هدایت پرواز را ارائه نمی‌دهند، بلکه از این فرمون‌ها برای کمک به پیروان برای یافتن ورودی خانه جدیدشان استفاده می‌کنند.
شکل 2. نمای شماتیک از الگوهای پرواز زنبورهای عسل در دسته ای که به سمت راست پرواز می کنند. "لیندوئر" گزارش داد که زنبورهای پیشاهنگ را عمدتاً در بالای ابر ازدحام مشاهده کرده است.
راه دومی که رهبران می توانند هدایت پرواز را ارائه دهند، از طریق سیگنال های بصری است. یکی از راه هایی که ممکن است این کار را انجام دهند، انجام مکرر پروازهای پرسرعت از میان ابرهای جمعیتی بچه کندو است. آنها می‌توانستند این کار را با حرکت سریع به جلو در بالای ابر جمعیت بچه کندو انجام دهند تا زمانی که به جلوی آن برسند و سپس با پرواز آهسته به سمت عقب جمعیت در امتداد پایین یا کناره‌های آن ملحق شوند. (شکل 2)
مارتین لیندوئر، محقق آلمانی که در خانه پیشگام بررسی موضوع توسط گروه‌ها بود، گزارش داد که چند صد زنبور را مشاهده کرد که از بالای دسته‌های در حال پرواز حرکت می‌کردند، و او حدس زد که آنها جهت پرواز را نشان می‌دهند .
مشاهدات لیندوئر اخیراً در مطالعه ای تأیید شده است که از ردیابی راداری هارمونیک مسیرهای پرواز رهبران فردی (پیشاهنگان) در طول برخاستن و چند دقیقه اول پرواز دو گروه استفاده می کرد .تنها یکی از دو گروه مشاهده شده در این مطالعه تا مقصد خود پرواز کرد، و در این بچه دهی فقط دو رهبر مانورهای پروازی خود را ردیابی کردند. پروازهای پرسرعت در جهت مقصد نهایی انجام می شد و این پروازها با پروازهای کندتر به سمت عقب و حلقه های ثابت از هم جدا می شدند. نتایج این مطالعه از فرضیه streaker-bee برای هدایت پرواز ازدحام پشتیبانی می کند.
در مطالعه ای حرکات هزاران زنبور منفرد در یک دسته به طور همزمان ردیابی شد و اندازه گیری موقعیت هر زنبور، جهت پرواز و سرعت پرواز انجام شد. هدف مطالعه این بود که اطلاعاتی در مورد حرکات همه زنبورهای یک دسته در حال پرواز به دست آمده و ببینند که آیا همانطور که در فرضیه زنبورهای streaker-bee پیش بینی می شود، پروازهای پرسرعت در یک جمعیت واقعاً به سمت خانه جدید حرکت می کنند یا خیر. این مطالعه همچنین با هدف بررسی گزارش لیندوئر مبنی بر اینکه زنبورهای رگه‌دار عمدتاً در بالای یک ازدحام پرنده دیده می‌شوند، انجام شد. این منطقی است زیرا توده زنبورها را ، به عنوان اجسام تاریک در برابر آسمان روشن برای بقیه زنبورهای موجود در ازدحام نمایان می کند، اما هنوز هم باید بررسی شود.
شکل 3. کرک ویشر، سمت چپ و تام سیلی در سال 2006، در حال تماشای حرکت دسته آزمایشی به داخل کندوی طعمه در جزیره اپلدور، در ایالت مین هستند.
این مطالعه با پرواز ازدحام روی یک دوربین فیلمبرداری با کیفیت بالا آغاز شد. دوربین مجهز به یک لنز با زاویه باز بود تا بتواند تمام عرض انبوه جمعیت پروازی را ببیند. این دوربین همچنین با سرعت یک ده هزارم ثانیه شاتر بسیار بالایی داشت ، به طوری که در هر فریم فیلم ضبط شده، هر زنبور به جای یک رگه طولانی، به صورت یک حباب کوتاه و بیضی شکل ظاهر می شد. برای پرواز مستقیم ازدحام روی دوربین، ضبط در جزیره ای بدون درخت در شش مایلی اقیانوس اطلس انجام شد که در آنجا تنها مکان مطلوب، یک کندوی طعمه بود که در فاصله 250 متری از کندوی اصلی قرار داشت (شکل 3).
دوربین در فاصله 15 متری از محل ازدحام در امتداد مسیر پرواز جمعیت بچه تا کندوی طعمه قرار داشت. همان بچه کندو مجبور شد دو پرواز کامل به سمت کندوی طعمه انجام دهد و هر بار (خوشبختانه!) کاملاً بر فراز دوربین فیلمبرداری پرواز کرد.
با این دو ضبط از پروازهای دسته جمعی ، گام بعدی استفاده از الگوریتم‌های ردیابی نقطه‌ای بود که توسط مهندسانی که روی کامپیوتر کار می‌کردند برای بازسازی‌های سه‌بعدی حرکات پرواز زنبورها در داخل ازدحام در حال پرواز روشی را اختراع کردند. این روش شامل بررسی هر حباب بیضی شکل (تصویر زنبور) در یک فریم ویدیویی معین و سپس جفت شدن آن با لکه در فریم ویدیویی بعدی که همان زنبور را نشان می‌دهد، بود. این فرآیند با جفت شدن حباب‌های فریم دوم با حباب‌های فریم سوم تکرار شد و به همین ترتیب، فریم به فریم، مسیرهای دقیق زنبورهای دسته‌ای منفرد در حین پرواز در میدان دید دوربین فیلمبرداری ایجاد شد. اندازه هر حباب نشان دهنده ارتفاع زنبور بالای دوربین بود، بنابراین زنبورهای قسمت بالا و پایین ابر جمعیت از یکدیگر متمایز شدند.
شکل 4. سرعت پرواز در مقابل زاویه پرواز برای زنبورها در یک گروه زمانی که در فاصله 15متری از محل استقرار خود پرواز کرده بود، گرفته شد. زنبورهای با زاویه پرواز 0 درجه مستقیماً به سمت خانه جدید پرواز می کردند و بقیه در یک زاویه به سمت چپ یا راست در امتداد خانه پرواز می کردند. اندازه گیری زنبورهای پرنده به طور جداگانه برای لایه های بالایی و پایینی ابر ازدحام نشان داده شده است. واحدهای سرعت پرواز طول زنبور عسل در هر فریم ویدئو است.
مهم‌ترین یافته‌ای که با این تحلیل سخت‌گیرانه در ویدئوهای ضبط شده آشکار شد این است که زنبورهای سریع پرواز واقعاً در جهت پرواز دسته‌ای، یعنی به سمت جعبه لانه ، خط‌آمیزی می‌کردند. و همانطور که در شکل 4 مشاهده می شود سرعت پرواز هر زنبور را در رابطه با جهت پرواز نشان می دهد، سریع ترین زنبورها مستقیماً به سمت خانه جدید پرواز می کردند در حالی که کندترین آنها در جهت مخالف حرکت می کردند.
با مقایسه نمودارهای قسمت های بالایی و پایینی ابر ازدحام، همچنین می توانیم ببینیم که زنبورهای تندرو عمدتاً در قسمت بالایی ازدحام یافت می شوند. علاوه بر این مشخص شد که نه تنها زنبورهایی که در جهت خانه جدید پرواز می کردند تمایل به پرواز با بالاترین سرعت را نیز داشتند، و همچنین همانطور که از پشت ابر ازدحام به سمت آن حرکت می کردند ، تمایل به شتاب گرفتن به جلو نیز داشتند .
به نظر می رسد که بخشی از این افزایش سرعت پرواز زمانی رخ داده است که برخی از زنبورهای دنباله رو به زنبورهای رهبر چسبیده بودند و به این خاطر، زنبورهای رهبر سرعت خود را افزایش می دادند. اگر چنین باشد، احتمالاً اطلاعات مربوط به جهت پرواز از زنبورهای آگاه (رهبران) به زنبورهای ناآگاه (پیروان) که در نزدیک آنها باشند ، منتقل می شود و از طریق پروازهای سریعتر خود شروع به تأثیرگذاری بر سایر زنبورهای نادان خواهند کرد.
این واکنش زنجیره‌ای از زنبورهای آگاه که زنبورهای آگاه‌تر تولید می‌کنند می‌تواند منجر به القای گسترده زنبورها برای پرواز به سمت مقصد ازدحام و پرواز سریعتر شود. این می تواند افزایش سرعت پرواز ازدحام را در طول زمان توضیح دهد که در شکل 5 نشان داده شده است، و این موضوع برای هر زنبورداری که سعی بر این دارد تا با دویدن در امتداد یک دسته فراری ،آنها را به خانه جدیدش دنبال کند، بسیار چشمگیر است.
شکل 5. سرعت پرواز از سه گروه در حالی که 270 متر به سمت کندوی طعمه پرواز کردند. حداکثر سرعت آنها 5 تا 7 کیلومتر در ساعت بود. هنگامی که گروه ها پروازهای طولانی تری انجام می دهند، می توانند به سرعت نزدیک به 12 کیلومتر در ساعت برسند.
سوالات زیادی در مورد پروازهای چشمگیر بچه دهی زنبورهای عسل بی پاسخ مانده است. وقتی گروه متحرک در فاصله 90 متری (شکل 5) از محل اقامت جدید خود قرار دارد، چگونه "ترمز می کشد"؟ همچنین، زنبورهای آگاه دقیقاً چگونه پروازهای خطی مکرر خود را از میان ابر ازدحام انجام می دهند؟ آیا وقتی به جلو می‌رسند می‌ایستند و به زنبورهای دیگر اجازه پرواز می‌دهند، یا معمولاً در زیر گروه به سمت عقب پرواز می‌کنند، جایی که ممکن است در برابر پوشش گیاهی تاریک زیر تقریباً نامرئی باشند؟ و چگونه است که تقریباً تمام زنبورهای پیشاهنگی که از محل اصلی انتخاب شده بازدید کرده‌اند، می‌توانند دسته پروازی را به سمت آن هدایت کنند؟
مطمئناً منطقی است که همه زنبورهای پیشاهنگ قبل از بلند شدن به دسته برگردند، زیرا دیدیم که چگونه تنها سه تا چهار درصد از اعضای یک گروه از برنامه پرواز خود مطلع هستند. و با چنین اقلیت کوچکی از مسیر یاب ها، مهم است که در حد امکان تعداد بیشتری از آنها در جمعیت حرکتی وجود داشته باشند. آیا پیشاهنگانی که در محل خانه معطل می‌مانند، در پاسخ به احساس، دیدن یا بوییدن «زمان رفتن است!» به گروه برمی‌گردند. سیگنال تولید شده توسط پیشاهنگانی است که احساس کرده اند که بلند شدن ازدحام قریب الوقوع است و سپس یک سفر ویژه به محل خانه جدید انجام داده اند تا همه را به یاد بیاورند؟ تعجب نخواهیم کرد اگر زنبورها ابزارهای مخفی داشته باشند تا با ذخیره کردن اطلاعات اطمینان حاصل کنند که گروهی که در حال پرواز با زنبورهای آگاه هستند ، می توانند با خیال راحت به خانه جدید خود تقل مکان کنند.
نویسندگان : Tom Seeley & Ann Chilcott
تام سیلی، استاد زیست شناسی در گروه نوروبیولوژی و رفتار در دانشگاه کرنل، ایتاکا، نیویورک، ایالات متحده آمریکا است. و همچنین یک زنبوردار پرشور است.
