كيف تساعد الهندسة النحل والدبابير في حل الصعوبات المعمارية

لا يشبه نحل العسل والسترات الصفراء علماء الرياضيات ؛ لسبب واحد ، فهي أصغر بكثير. ومع ذلك ، قد تحل الحشرات تحديًا معماريًا مشتركًا بشكل جماعي من خلال استخدام حل هندسي طورته بشكل مستقل عن بعضها البعض.

يحتاج هذا النحل والدبابير في النهاية إلى زيادة حجم الخلايا السداسية التي تشكل أعشاشها مع نمو مستعمراتها. ومع ذلك ، فإن مادة العش غالية الثمن ، ومن الصعب الجمع بين الأشكال السداسية ذات الأحجام المختلفة في مجموعة واحدة مستمرة. نجح نحل العسل والدبابير في حل هذا التحدي من خلال الجمع بين بعض أزواج من الخلايا ذات الجوانب الخماسية وسبعة الجوانب ، والتي تسد الفجوة بين الأحجام المختلفة من الأشكال السداسية ذات الجوانب الستة.

تعمل العاملات على تربية أطفال أمهن ، الملكة ، في مستعمرات الحشرات الاجتماعية مثل نحل العسل وبعض الدبابير. يفعلون ذلك في خلايا سداسية الشكل صنعها نحل العسل من الشمع والدبابير من الورق.

في مرحلة ما من دورة حياتها ، يجب أن تنتقل المستعمرة من تربية العمال إلى تربية التكاثر مثل الذكور والملكات الجدد. غالبًا ما تكون هذه التكاثر أكبر من العمال ، مما يعني أن الخلايا السداسية يجب أن تنمو أيضًا في الحجم. إذا كان لديك حجمان مختلفان من الأشكال السداسية وتريد تجميع الأحجام الصغيرة على جانب والأخرى الضخمة على الجانب الآخر ، فستواجه نوعًا من المشكلة في تركيبها معًا.

لمعرفة كيف يحل النحل والدبابير لغز التبليط هذا ، تم تحليل 115 صورة لمستعمرات خمسة أنواع من نحل العسل (Apis mellifera و A. cerana و A. dorsata و A. florea و A. andreniformis) ، أربعة أنواع من دبور فيسبولا (V vulgaris، V. maculifrons، V. flavopilosa and V. shidai) ، المعروفة في أمريكا الشمالية باسم السترات الصفراء ، ونوع واحد من الدبابير الورقية (Metapolybia mesoamerica).

جمع العلماء بيانات من 22,745 خلية باستخدام أداة تحليل الصور التلقائية التي صممها عضو الفريق كيرستين بيترسن ، عالمة الروبوتات في جامعة كورنيل ، مثل أطوال جدار الخلية وعدد الجيران لكل خلية. مكن النهج الآلي الفريق من جمع البيانات من الخلايا غير المنتظمة التي ليست سداسية مثالية ، والتي أغفلها العديد من العلماء بسبب صعوبات قياسها جسديًا. ثبت أن هذه الخلايا المشوهة ظاهريًا ليست سوى شيء.

للتغلب على الفجوة بين الخلايا العاملة الصغيرة والخلايا التناسلية الكبيرة ، بنى جميع النحل والدبابير أزواجًا متجاورة من الخلايا الخماسية وسبعة جوانب. نظرًا لأن الاقتران من خمسة إلى سبعة له نفس عدد الجوانب المفتوحة كزوج سداسي - كلا النوعين من الأزواج الملتصقة لهما 10 جوانب يمكن الوصول إليها للاتصال بخلايا أخرى - فإنه لا يزعج النمط. يسمح الحجم الأكبر للخلية ذات الجوانب السبعة للنحل والدبابير بالبدء في بناء أشكال سداسية أكبر على الجانب الآخر منها على الفور تقريبًا.

ابتكر عالم كمبيوتر بجامعة كورنيل نموذجًا رياضيًا لهذه الطريقة واكتشف أن ما يفعله النحل والدبابير قريب من أفضل الحلول الهندسية. يعتبر تثليث Delaunay هو الأسلوب الأكثر فعالية لبناء مجموعة من الأشكال بحيث تكون كل خلية كبيرة بما يكفي لتربية نحلة صغيرة أو دبور.

وفقًا لمفهوم Napp ، فإن إضافة أشكال سداسية أكبر للعش تؤدي تدريجياً إلى تحريك المصفوفة بأكملها بعيدًا عن الكمال ، مما يتسبب في حدوث فجوات أو قيام العمال ببناء خلية غير صالحة للاستعمال للحفاظ على العش معًا. في جميع أنواع النحل والدبابير ، يوجد حوالي 85 بالمائة من جميع الخلايا غير السداسية في خمسة إلى سبعة أزواج ، كما تنبأ النموذج.

تطورت النحل والدبابير المستخدمة في هذه الدراسة على مدى 179 مليون سنة وتستخدم مواد مختلفة لبناء منازلهم. "ومع ذلك ، فقد تطور كلاهما لتطبيق طريقة خمسة - سبعة للانتقال بين الأحجام السداسية ، مما يدل على أن" التطور يميل إلى حل التحديات على النحو الأمثل. "

المصدر Sciencenews.org