大黄蜂负重飞行时存在“经济模式” 学术资讯

大黄蜂为了在飞行时携带几乎等体重的花蜜，会选择加速扇动翅膀，或者进入节能飞行模式。

大黄蜂是昆虫界赫赫有名的大力士，它们在飞行时可携带几乎等体重的花蜜。《科学进展》杂志2月5日发文解释了原因，并提出大黄蜂在行为上表现出的灵活性可能超乎人类的想象。美国加州大学戴维斯分校生物科学学院研究人员Susan Gagliardi说：“大黄蜂可以携带自身体重60%~80%的重物飞行。对人类而言，如此高的负重比可能会让人寸步难行。我们很好奇，为何大黄蜂能做到？它们需要花费多少能量把重物搬回蜂巢？”

Gagliardi和神经生物学、生理学和行为学副教授Stacey Combes在大黄蜂身上安装了一小块锡丝，然后测量了其在一个特别设计的房间中飞行消耗的能量。Gagliardi说：“我们将蜜蜂关在一个小房间里，测量它们产生的二氧化碳量。二氧化碳主要是糖分在大黄蜂体内消耗后的产物。根据二氧化碳量，我们就能直接测算它们在飞行时的耗糖量。”此外，Gagliardi等还用高速摄像机拍摄了大黄蜂翅膀的拍动情况。Combes解释说，大黄蜂飞行的方式与飞机显著不同。空气在机翼或者旋翼上是平稳流动的，而大黄蜂会以较大的角度扇动翅膀，产生环绕翅膀的涡流。由此产生的升力比平稳气流更大。然而，由于涡流不稳定，会迅速分解，大黄蜂必须快速扇动翅膀，才能维持飞行。

大黄蜂可以从它们携带的花蜜中摄取能量，因此它们飞行时负重应该更轻，能量消耗更少。但Combes等发现，当大黄蜂的单位负荷更重时，实际能耗更低。Combes说：“对大黄蜂而言，负载越多，飞行反而更经济。这看上去是违反能量学原理的。”

经过仔细观察后，研究人员发现大黄蜂有两种不同的飞行模式来应对增加的负荷。当它们承受的负荷加重时，大黄蜂会增加翅膀的扇动幅度，但单靠这一点还无法支撑额外的负重。为了弥补不足，大黄蜂还会增加翅膀的扇动频率，从而产生更多的升力，增加能量消耗。

为什么大黄蜂不一直采用经济模式飞行呢？原因目前尚不清楚。研究人员认为这可能与高翼拍频率的性能优势有关，这有助于它们躲避障碍物。

这项研究改变了研究人员对昆虫的看法。Combes说：“当我刚开始接触这个领域时，人们倾向于把大黄蜂看作小机器人。我们认为它们在零负重时会朝一个方向扇动翅膀，而在负重为50%时会朝另一个方向扇动翅膀。每只大黄蜂每次都是这样机械的重复动作。然而，这项研究更新了我们的看法，即使是同一只大黄蜂，在不同时间也会选择不同的振翅方式。”

科界原创

编译：德克斯特

审稿：阿淼

责编：唐林芳

期刊来源：《科学进展》

期刊编号：2375-2548

原文链接：

https://phys.org/news/2020-02-bumblebees-heavy-economy-mode.html