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高速显微摄影拍下熊蜂“嘬蜜”细节,科学家破译其觅食分工机制

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熊蜂,绒毛颜色鲜亮、体型粗壮可爱,是蜜蜂科家族的“颜值担当”。近期,一个由机械工程专业、生态学专业、力学专业的科研人员组成的跨学科团队发现,蜂王、工蜂的功能器官微结构存在细微偏差,这足以在群体尺度上影响它们的劳动分工。


有了工蜂供养,蜂王会停止外出觅食

熊蜂与大众常见的蜜蜂比较,不仅在外貌上存在差异,它们的群体组成方式也有明显差别。人们常见的蜜蜂,是社会性昆虫,具有明显的级型分化和劳动分工。而熊蜂属于半社会性昆虫,处于独居到真社会性之间的过渡阶段。古生物学、演化生物学和发育生物学的研究人员一直想搞清楚,社会性昆虫如何产生不同的形态、行为,以及它们的生活史特性。熊蜂的“半社会性”特点,是该研究领域的一扇窗口。

研究人员早已发现,熊蜂的蜂王、工蜂体型大小存在差异,而外观形态上几乎没有差别。蜂王通常只在筑巢前期高强度外出觅食,而当第一批工蜂羽化后,蜂王便会迅速停止外出觅食,转以产卵和巢内活动为主。

以往,科研人员通常从环境因素、生理调控或分子机制等方面解释熊蜂的分工体系。

近期,中国科学院南京地质古生物所研究员王博与中山大学教授吴嘉宁、北京理工大学教授赵杰亮组成的跨学科联合团队,从流体力学、形态学、生态学的角度为熊蜂觅食分工机制提供了新解释,研究成果于2026年1月12日发表于《美国科学院院刊》。

“大块头”熊蜂的悲哀,采蜜效率并不高

熊蜂演化出一种特别的嚼吸式口器,在采蜜的过程中,中唇舌快速地伸出和收缩,这种往复运动持续将花蜜捕获并送入口中。中唇舌上密布的数千根细小的刚毛,这些刚毛在中唇舌伸出的同时展开,是熊蜂采集花蜜的重要微结构。

研究团队通过扫描电子显微镜对中唇舌的形态学进行了详细的表征,并提取出两个至关重要的形态学参数——中唇舌的整体长度和刚毛间距。



根据99只熊蜂的解剖结果,熊蜂中唇舌的长度大概在4~10毫米,体型更大的熊蜂具备更长的中唇舌和更宽的刚毛间距。这些样本包括67只工蜂和32只蜂王,研究人员又详细比较了两者的差异。蜂王的中唇舌的刚毛间距,几乎保持在40~50微米,数值与体型大小无关;工蜂的刚毛间距与其体型大小相关,在15~45微米之间变化。

研究团队通过配置不同含糖量的蔗糖溶液以模拟花蜜,并模拟自然的花冠场景,供熊蜂进行采集。


通过显微高速摄影技术,定量得到中唇舌每一次往复运动摄入的花蜜体积。研究发现,随着熊蜂个体体型增大,虽然单次往复摄入体积总体上升,但这一增长显著慢于中唇舌内部可用空间随体型增大的比值。

简单地说,体型更大的熊蜂虽然有个“大嘴巴和大舌头”,但并不能按比例提高蜜汁的有效摄入量。尤其对于蜂王,由于刚毛间距更大,其中唇舌的花蜜填充率小于工蜂。这意味着,蜂王的“大块头”并没有同步提升采蜜效率,如果靠它自己独居,没准要“饿肚子”。

用流体力学视角解释熊蜂“嘬蜜”细节

研究团队基于显微高速成像技术发现,中唇舌回撤时,相邻刚毛形成弯曲的气液界面,这些界面提供了一个额外的毛细压力梯度,增强了粘性花蜜的夹带。这个额外的毛细压力用来平衡液体静压,当刚毛间距变宽或中唇舌长度变长,都会导致中唇舌的液体承载能力下降。

除了液体的表面张力,液体的黏度也对花蜜的捕获起到了作用。研究人员发现,自然环境下当熊蜂体型增大时,熊蜂口器无法满足最优的标度关系,重力将起主导作用,从而降低花蜜的填充率。

论文的第一作者黄泽翔表示,可以将蜜蜂的中唇舌看作一个海绵,将刚毛的间距看作海绵的孔隙,当孔隙率增大时,海绵吸收液体的能力就会降低。工蜂的中唇舌整体长度较长,但刚毛的间距较小,能够同时得到较高的花蜜采集量和较高的填充率。

这项研究回答了科学家曾经的疑惑——第一批工蜂羽化后,蜂王为何停止觅食?“大块头”的蜂王,确实不擅长采蜜。

研究人员表示,该项目提出一个可以将个体结构与功能相匹配,用以预测觅食行为表现的理论框架。在工程学层面,本研究可为仿生界面与液体输运系统提供启发,用于设计微量液体样本采集与检测的工具。

现代快报/现代+记者 是钟寅

(图片来源:黄泽翔)

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