Как пчелы находят дорогу домой за километры?

Как работает природная навигационная система

Рабочая пчела способна улетать за нектаром на расстояние до пяти, а в голодные периоды даже до десяти километров от родного гнезда. На таких дистанциях улей давно скрывается за деревьями и холмами, но насекомое уверенно возвращается обратно кратчайшим путем. Долгое время биологи спорили, как крошечный мозг объемом около одного кубического миллиметра решает задачи, требующие от человека использования карты и компаса. Разгадка кроется в объединении астрономических ориентиров, зрительной памяти и встроенных таймеров.

Астрономическая ориентировка и поляризация света

Главный ориентир для пчелы в полете — это Солнце. Насекомое измеряет угол между направлением на светило и линией своего движения к цели. Проблема заключается в том, что Земля вращается, и Солнце постоянно перемещается по небосклону со средней скоростью около пятнадцати градусов в час. Если пчела проведет на цветке пару часов и полетит обратно под тем же углом к солнечному диску, она промахнется мимо пасеки на многие сотни метров.

Пчелиный мозг решает эту сложность благодаря внутренним циркадным часам. Насекомое постоянно пересчитывает угол полета с поправкой на текущее время суток. Если утром улей находился справа от светила под углом тридцать градусов, то к полудню пчела автоматически скорректирует угол, учитывая смещение Солнца на запад.

Видеть небо сквозь тучи

В пасмурную погоду прямой солнечный диск часто скрыт плотными облаками. В таких условиях пчел выручают сложные фасеточные глаза, воспринимающие ультрафиолетовый диапазон и поляризацию света. В верхней краевой зоне глаз расположены особые фоторецепторы, снабженные микроворсинками с фиксированной ориентацией зрительного пигмента.

Солнечные лучи, проходя через слои атмосферы, рассеиваются на молекулах воздуха и приобретают строго определенное направление колебаний световой волны. В результате над всей планетой формируется невидимая для человека сетка поляризации, уникальная для каждого положения дневного светила. Пчеле достаточно увидеть крошечный кусочек чистого неба в разрыве туч, чтобы мгновенно определить, где сейчас находится Солнце, и восстановить правильный курс.

Как пчела замеряет пройденный путь

Одного компаса для возвращения домой мало: нужно точно понимать, сколько километров уже пройдено и когда пора снижаться к летку. Эксперименты австралийского биолога Мандьяма Шринивасана доказали, что пчелы используют механизм оптического потока. Насекомое оценивает дистанцию по скорости движения визуальных образов поперек сетчатки глаза.

Шринивасан запускал пчел в длинные узкие туннели со стенками в черно-белую полоску. Когда полосы располагались часто, у пчел возникала иллюзия бешеной скорости, и они сообщали сородичам в улье о колоссальном расстоянии, хотя пролетели всего несколько метров. Если же полосы шли вдоль движения и картинка в глазах не мелькала, пчелы считали, что практически стоят на месте. В природе насекомые непрерывно интегрируют этот оптический поток, получая точные данные о преодоленном километраже независимо от силы попутного или встречного ветра.

Ментальная карта местности и память на ориентиры

Молодые рабочие особи перед первыми дальними рейсами совершают серию ознакомительных полетов. Они кружат над пасекой, постепенно расширяя радиус обзора, и фиксируют в памяти панораму горизонта, крупные деревья, водоемы, линии электропередач и дороги. Формируется пространственная память, напоминающая векторную карту местности.

Если пчелу поймать на цветке, посадить в темную коробку и выпустить в полутора километрах в сторону, она сначала сделает несколько ориентировочных кругов, найдет знакомый ориентир вроде опушки леса или ручья и сразу возьмет правильный курс на улей. Запоминание ключевых визуальных отметок защищает семью от потери фуражиров при внезапных порывах ветра.

Язык танца и передача координат

Уникальная черта медоносных пчел — способность передавать навигационную информацию сородичам прямо в темноте улья. Открытие этого феномена принадлежит австрийскому этологу Карлу фон Фришу, получившему за свои труды Нобелевскую премию в 1973 году.

Вернувшись с богатого медоноса, пчела-разведчица исполняет на вертикальных сотах виляющий танец. Она бежит по фигуре, напоминающей восьмерку, и на центральном прямолинейном участке активно виляет брюшком. В этих движениях закодирована строгая математика маршрута:

• Угол наклона прямого пробега относительно вертикали сот в точности равен углу между направлением на солнце и направлением на поляну с цветами в данный момент времени
• Продолжительность виляния брюшком на прямом отрезке прямо пропорциональна расстоянию до источника взятка, где каждая секунда виляния соответствует примерно одному километру полета
• Частота колебаний брюшка и издаваемый при этом низкий звук сообщают сборщицам о богатстве найденного источника нектара или пыльцы

Магнитное чувство как резервный канал

Ученые обнаружили в брюшных сегментах пчел микроскопические гранулы магнетита — оксида железа, соединенного с нервными окончаниями. Это позволяет насекомым воспринимать силовые линии геомагнитного поля планеты. Магнитный компас служит вспомогательным средством в глухую пасмурную погоду и помогает поддерживать правильную геометрию восковых построек внутри темного закрытого улья.