Ноя, 2013
25

Строительство сотов

Опубликовал: Petr_MS

Строительство сотов

Важным аспектом жизнедеятельности пчелиной семьи является ее жилище. Оно состоит из сотов, в которых пчелы выкармливают потомство и создают запасы корма. Правильная шестиугольная форма ячеек является оптимальной с точки зрения использования полезного объема при хранении продуктов, выращивании расплода, расхода воска на строительство и жесткости конструкции. Пчелы начинают строить соты сверху вощины и постепенно расширяют постройку.

Дно ячейки служит основанием для доньев трех ячеек с противоположной стороны сота. Оно имеет зигзагообразную форму, что придает дополнительную жесткость конструкции ячеек и минимизирует затраты воска при строительстве.

Диаметр круга, вписанного в пчелиную ячейку, равен 5,4 мм. Этот размер труженицы улья определяют, исходя из размеров особи. Также пчелы строят ячейки ?6,8 мм для выращивания трутней и еще более крупные маточники, сознательно выбирая размеры и форму, оптимальные для достижения поставленных целей.

Толщина стенки только что отстроенной ячейки составляет 0,05-0,076 мм, и она может сломаться под массой особей, поэтому нектар пчелы складывают в еще недостроенные соты, и они приобретают прочность. Со временем толщина стенок ячеек возрастает, при этом масса сота увеличивается более чем в 2 раза. Соты, в которых выводилось несколько поколений пчел и хранился мед, приобретают прочность.

При строительстве сотов пчелы способны определять вертикаль, горизонталь и необходимые размеры. Но этого недостаточно, необходимо умение делить отрезок пополам.

Рассмотрим схему определения базовых и вспомогательных точек ячеек сотов (рис. 1). Строительство начинается с трех основных базовых точек 1-3, определяющих размеры ячейки: ширину и высоту.

Вспомогательная точка ц1 находится строго посередине между точками 1 и 2. Она определяет шестигранную форму ячейки. В начертательной геометрии ее находят циркулем, начертив из точек 1 и 2 две дуги окружности одинакового радиуса. При постройке сотов пчела, стоя на средних ножках, поворачивается на них, опираясь при этом на одну из задних ножек, используя принцип обычного циркуля. В процессе строительства пчела челюстями размечает измеряемые отрезки. Расстояние от средних ножек до челюстей примерно равно половине отрезка. Измерения показывают, что точность их деления при таком методе может достигать 10 мкр (0,01 мм). Затем пчела определяет центр ц2 отрезка между точками 1 и 3 и точку цЗ, лежащую между ц2 и 2. Выполнив эти операции, труженица улья может построить основание для двух граней 1-цЗ и цЗ-2. Из точки цЗ строго вертикально вниз строится третья грань цЗ-4. Она проходит через точку ц4, являющуюся центром отрезка 3-2. При этом длина отрезка цЗ-4 равна первоначально определенным отрезкам 1-цЗ и цЗ-2. Четвертая грань ячейки является отрезком базовых точек 3-4. Точка 5, определяющая пятую грань, лежит на пересечении горизонтального отрезка 3-5 и вертикального 2-5. Их величины равны отрезкам 1-2 и 1-3. Таким образом, умея определять вертикаль, горизонталь и необходимые размеры, а также делить отрезок пополам, пчела может построить шестигранные ячейки сотов. В работе по строительству одной ячейки участвуют несколько особей. При этом каждая может выполнять одну или несколько операций по отстройке, что затрудняет наблюдение за данным процессом. Однако многие исследователи отмечают поведение пчел, подобное описанному сценарию.

Существует еще один возможный способ нахождения базовых центров при помощи двух дуг равного размера, проводимых из точек, лежащих не на одной прямой, а под углом 60°. Здесь необходимо уметь делить отрезок пополам при помощи дуг. Сначала определяются базовые точки 1 и 2, лежащие на вертикали. Затем на ней дугами находится центр ячейки ц (рис. 2, а). Из последнего под углом 60° относительно горизонтали проводят четыре дуги R1 в направлении предполагаемых базовых точек 3-6. Они лежат на пересечении дуг размером R1, проведенных из базовых точек 1 и 2 (рис. 2, б, в, г). Точки 5 и 6 также можно найти на продолжении прямых 3-ц и 4-ц, при этом 3-ц и 4-ц равны R1.

На второй схеме, имеющей меньше операций, необходимо не просто делить отрезок пополам при помощи дуг, как в первом варианте, а проводить их под определенным углом к горизонтали, что требует от пчел умения в ориентировании на плоскости сота. Первая схема наиболее проста для строительства ячеек сота, и скорее всего ее применяют пчелы.

Проанализируем другие возможные варианты форм ячеек. Ближайшие геометрические фигуры — это пятиугольники и семиугольники. Их расположение на плоскости имеет беспорядочный вид, вследствие этого они не имеют плотной компоновки и не представляют ценности для практического применения. Восьмигранные ячейки приближаются по своей форме к окружности. Круглые ячейки встречаются в гнездах шмелей и имеют ряд существенных недостатков. Основной из них — наличие паразитного внешнего объема, в котором могут скапливаться инородные тела. Чистка таких ячеек крайне затруднительна. Жесткость круглых ячеек значительно ниже, чем шестигранных, так как у нее может быть от четырех до шести точек касания с соседними ячейками — в зависимости от их расположения. У шестиугольных ячеек все стенки являются продолжением и опорой соседних.

При выращивании расплода в углах шестигранной ячейки в отличие от круглой находится небольшой свободный объем, предохраняющий личинку от запаривания при высокой температуре и повышенной влажности. На одинаковой площади круглых ячеек на 40% меньше, чем шестиугольных.

Четырехгранные ячейки не имеют внешних паразитных объемов и просты для изготовления. Но у них есть недостатки. Первый — полезная площадь таких ячеек ниже, чем у шестигранных. Число квадратных ячеек на площади 10 см² составляет 31 шт., а шестигранных — 36 шт. Снижение общего числа ячеек в гнезде, имеющем конечный объем, не позволяет насекомым быстро развиться и успешно подготовиться к зиме. Второй — снижается жесткость за счет увеличения длины опорной стенки в 1,8 раза. Третий — расход воска значительно увеличивается, этот показатель является одним из важнейших при выборе формы ячеек. Периметр четырехгранной ячейки в 1,2 раза больше, чем шестигранной.

Удивительно, как пчелы нашли оптимальное решение при строительстве ячеек сотов. Шмели не смогли это сделать, но, используя другой принцип постройки гнезда, заняли свою экологическую нишу в природе. Шмели используют в своем гнезде округлую форму ячеек, другие расположение и технологию складирования нектара и развития семьи. Это не позволяет им конкурировать с пчелами и определяет особенности их развития, взаимоотношения, распределения видов работ, зимовки, терморегуляции, морфологические особенности. Такой способ организации гнезда не позволяет им создавать большие семьи и формировать значительные запасы меда.

Пчелы в результате длительной эволюции нашли оптимальный способ строительства гнезда и хранения меда. Зная вертикаль, горизонталь и выполняя определенные простейшие приемы, они определяют необходимые размеры при строительстве шестигранных ячеек. Выработанная пчелами оптимальная конструкция сотов в улье и организация жизнедеятельности особей позволяют им быстро развиваться и трудиться в различных климатических условиях. Они обеспечивают себя и человека медом, опыляют растения и поддерживают экологическое равновесие в природе, являясь незаменимым биологическим видом нашей планеты.