春天来了,⼜到授粉的时节了。熊蜂们⻜舞在花间,为植物的繁衍带去助攻。但它们可能不知道,有群⼈类科学家不在意那些花草,却关⼼这群社畜⻜得累不累。⼈类惊奇地发现,搬运⼯不只靠蛮⼒吃饭:当驮着沉重的货物⻜⾏,它们就可以开启“节能模式”,让⾃⼰不那么⾟苦。凭着神秘的“摸⻥”技能,这个名叫美洲东部熊蜂(Bombus impatiens)的物种登上了《科学进展》(Science Advances)期刊。
加州⼤学戴维斯分校的昆⾍⾏为学家斯黛茜·库姆斯(Stacey Combes)团队,把30只正在⼯作的熊蜂带进了实验室。当时,它们的蜜囊⾥还盛着花蜜,那是⻜⾏必备的养分。科学家给每只熊蜂测量(包含花蜜的)体重,再把焊锡丝切成体重的40%⼤⼩,这是要贴在腹部的配重。然后,就该观察⻜⾏时的重量与能耗之间的关系了。30只熊蜂被随机分成两组。第⼀组先不加配重⻜⾏五分钟,再负重⻜五分钟;第⼆组顺序相反。
因为⻜⾏会消耗花蜜,所以不论负不负重,⻜⾏前后都要测重量,取平均值。
结果发现,虽然在负重和不负重的情况下,熊蜂的代谢率都会随着重量的增加⽽上升,但负重⻜⾏和轻装上阵相⽐,上升趋势明显平缓了许多。这就是说,负重的时候,单位重量消耗的⼆氧化碳变少了,也意味着能效提⾼了。与此同时,⾼速镜头拍下了熊蜂⻜⾏的全过程。科学家⽤翅膀拍打的频率和幅度,估算出拍打翅膀带来的⼒。
⽽⼒的变化规律,和上⾯的代谢率有些不同:负重和轻装时,⼒都会随着总重的增加⽽增加,⽽⿊线并没有⽐⽩线明显平缓。就是说,在能效提升的同时,翅膀提供的⼒却没有太⼤损失。
科学家说,负重让熊蜂开启了“经济模式(Economy Mode)”。⾄于是怎样开启的,他们想从⻜⾏姿势上找找⽞机。团队依然是从熊蜂拍打翅膀的幅度和频率开始观察。想要研究这两者跟重量之间的关系,就不能只测总重了。
科学家把完成⻜⾏的熊蜂隔离起来,不让它们觅⻝。直到每只蜂⾛不动路,也嗡不出声(但还活着),表示体内的花蜜耗尽,再重新测体重。这是为区分花蜜和熊蜂的⾃重,把花蜜跟配重算在⼀起,得出负重的百分⽐。
结果,熊蜂扇动翅膀的幅度,的确随着负重百分⽐的增⻓⽽均匀地增⻓了。但翅膀拍打的频率,并没有随之均匀增⻓,⽽是增⻓得越来越慢。甚⾄在负重超过⾃重的50%以后,出现了频率下降的情况。所以,节能的实现很可能与翅膀拍打频率有关。这不只是猜测,科学家在频率和代谢率之间,找到了⾮常紧密的联系。有理由相信,频率是节能的关键。
科学家⼜继续观察⾼速镜头下熊蜂⻜舞的姿势:注意,翅膀在⼀来⼀回的中间,是会旋转朝向的。
虽然这不是负重⻜⾏时特有的动作,但科学家怀疑,熊蜂是利⽤不同的旋转速度和时机,调整了⻜⾏模式。
早在20世纪90年代,加州⼤学伯克利分校的⽣物学家迈克尔·迪⾦森(Michael Dickinson)和他的同事们,就通过机械昆⾍模拟⻜⾏实验观察得出:如果翅膀在拍打到最远处之前,或者说开始掉头之前旋转,就会得到⼀个向上的⼒;如果在掉头之后旋转,会得到⼀个向下的⼒;如果旋转的过程覆盖了掉头前后的时间,便会得到先向上再向下的⼒。所以说,只要昆⾍把握好旋转的时机,就能为⾃⼰提供另⼀重升⼒。
科学家们推测,熊蜂就是灵活利⽤了这种机制,帮⾃⼰打开了不同的⻜⾏模式。