蜜蜂才是天才的“建筑师”

摘要：古今中外许多科学家对蜜蜂巢房的精确结构都给予了极大的关注和极高的赞赏，但一直以来人们都无法解释这一精确结构的形成机制。Pirk博士等从全新的角度对这一结构的形成机制进行了研究，提出了巢房的规则六角形结构很有可能是通过蜂蜡自身流体平街过程实现的推断，同时认为巢房底部并不是规则的锥形结构，而是一个半球形，这一推断有望在该领域获得重大突破。

公元4世纪，古希腊数学家Pappus在其巨著《数学汇编》中对蜜蜂巢房就有了精彩的描述，称蜂窝的优美形状是自然界最有效劳动的代表。他猜想，截面呈六边形的蜂窝，是蜜蜂采用最少量的蜂蜡建造而成的。他的这一猜想被称为“蜂窝猜想”，并已被数学界证实。受蜂巢结构的启迪，人们创造性地发明了各种蜂窝结构技术和产品，他们具有结构稳定、用料省、覆盖面广、强度高和重量轻等众多优点。例如，在移动通讯领域，按蜂窝结构设置机站的位置，能以最少的投资覆盖最大的区域，并使机站内的手机获得最好的通讯信号。以蜜蜂巢房结构为基础的蜂窝技术已被广泛用于航空、航天、通信、建筑等领域，并越来越被人们所重视。

一直以来，蜜蜂巢房结构的精确性和优美性吸引了数学、物理学、生物学、行为学甚至是遗传学领域的众多学者的关注。科学家们从物理学、数学、行为学等角度对蜜蜂巢房精确结构形成机制进行研究。迄今为止还没有找到令人完全信服的解释。长期以来，人们都认为是蜜蜂有意识地建造了完美的六角形巢房，称蜜蜂是“天才的建筑师”，但至今无法解释蜜蜂是如何测量出如此精确的角度和宽度。

目前，南非比勒陀利亚大学做博士后研究工作的德国学者Christian Pirk博士，主要从事蜜蜂行为学和生态学研究。在2004年提出蜜蜂巢房规则六角形结构很有可能是通过流体平衡过程实现的。这一假设主要基于以下两个理由：

1．规则而精确的形状常在有自组织属性的系统中出现。平面上两两紧密相连的相同直径的圆，在各面受均一压力的条件下，圆与圆接触的6个点将会变成6条相同的直线(如图1)。相似的是，巢脾上每个巢房都与6个完全相同的巢房紧密相连。一般在筑脾时会有很多工蜂忙碌于巢房的周围。

2．蜂蜡可塑性很高，在40℃左右就可出现固液共存的状态，可通过缓慢流动达到平衡。在观察箱中，离蜜蜂造脾位置1cm的地方温度可达35～37℃，而在有同等数量工蜂但无造脾行为的地方温度不到29℃。由于巢房壁太薄以及造脾工蜂会移除位于巢房壁上的温度探头，无法直接获得造脾位置巢房壁的温度，但可以肯定的是，造脾位置巢房壁的温度要高于所测温度，也就是说蜜蜂造脾位置巢房壁的温度足以使蜂蜡达到固液共存的状态，而使得蜂蜡达到流体平衡成为可能。另外，据报道，在巢房中的工蜂可以依靠体热将温度提高到40℃以上。

根据该假设，蜜蜂筑造巢房壁时只要在保证巢房坚固性的前提下将尽量少的蜂蜡累积于圆形巢房壁之上，接着利用体温进行加热，使蜂蜡达到良好的热塑性，在六边压力相同的条件下，巢房壁蜂蜡通过流体平衡形成正六边形的圆柱体。但并不是所有的巢房都是规则的正六边形结构。这可能与巢房形成条件不一致有关。

此外，Pirk博士等还研究了蜜蜂巢房底部结构。在新巢房(平底巢础)内灌入一种不需加热就极易成形的树脂，室温下凝固之后，小心地取出树脂。取出的树脂底部并没有形成明显的边。也就是说，巢房底部很有可能不是我们平常认为的由三个相同的菱形(钝角为109°28’，锐角为70°32’)组成的锥形，而是一个半球形。而我们平常所见到由的三个相同的菱形组成的底是一种视觉假象。因为每个巢房与巢脾另一面的三个巢房交叉，通过半透明的巢房底部可以隐约看到三个巢房的底边，与巢房口的六条边在视觉上形成了三个菱形(如图2)。

图 1 

图 2 巢房底部视觉假象

可以想象，蜜蜂给巢房壁六边施以相同的压力和筑造半球性底面要比精确测量其角度容易得多。蜜蜂用头部对巢房底部蜂蜡进行挤压就完全可能实现筑造半球形底面。根据以上假设和实验结果，蜜蜂在筑造巢房时就不需要进行精确的测量。

尽管这一假设和实验结果仍需进一步的验证，但它从一个全新的角度对蜜蜂巢房结构形成机制进行了研究，有望对巢房结构的形成机制做出完美的解释，在该研究领域意义重大，同时足以冲击我们的传统观念，让我们重新考虑蜜蜂到底是不是我们平常所说的“天才建筑师”。

参考文献（略）

引自《中国蜂业》2006，57（1）

浙江大学动物科学学院 郑火青 胡福良 林贤统