在实验室中取食人工花蜜的熊蜂工蜂（左）和蜂王。黄泽翔供图

■本报记者 张楠

Bumblebee，作为动漫角色被译为“大黄蜂”，但在自然界，它是另一种蜂——熊蜂。熊蜂作为一种半社会性昆虫，处于独居到真社会性之间的过渡阶段，是研究社会性的理想系统之一。

由机械工程专业、生态学专业、力学专业的学者合作完成的一项深度交叉研究发现，熊蜂蜂王与工蜂的功能器官微结构存在细微偏差，足以在群体尺度上影响它们的劳动分工。相关成果近日发表于美国《国家科学院院刊》。

“熊样儿”蜂王也曾“励志”

熊蜂浑身具有鲜亮的绒毛，身体粗壮、行动缓慢，确实有股“熊样儿”。但它性情温顺，常在花丛中悠闲飞行，人们很容易被它“可爱”和“美丽”的外表所吸引。

对于熊蜂而言，除了体形大小的差异外，蜂王和工蜂几乎没有外观上的形态差异，甚至同样勤奋。

每到春天，当蜂王从冬眠中苏醒，开始筑巢时，它会非常努力地采集花蜜来补充能量，为新的蜂群提供养分。然而，当第一批工蜂羽化后，蜂王就会开始“懈怠”，将外出采蜜的任务分配给工蜂，转而以产卵和巢内活动为主。

以往的研究通常从环境因素、生理调控或分子机制等方面解释这种分工体系。而中国科学院南京地质古生物所研究员王博与中山大学教授吴嘉宁、北京理工大学教授赵杰亮组成的跨学科团队，在流体力学层面为熊蜂的觅食行为分工提供了新解释。

“大舌头”拖后腿

论文第一作者、中山大学硕士研究生黄泽翔告诉《中国科学报》，熊蜂演化出一种特别的嚼吸式口器，其中用于采蜜最重要的部分是一根灵活的中唇舌。

在采蜜过程中，中唇舌进行快速往复运动，持续将花蜜捕获并送入口中。中唇舌上密布的细小刚毛，在中唇舌伸出的同时展开，是采集花蜜的重要微结构。研究人员通过扫描电子显微镜对中唇舌的形态学进行了详细表征，并提取出两个至关重要的形态学参数——中唇舌的整体长度和刚毛间距。

根据67只工蜂和32只蜂王的解剖结果，熊蜂中唇舌的长度为4至10毫米，体形更大的熊蜂具备更长的中唇舌和更宽的刚毛间距。其中，作为蜂群中最大的个体，蜂王中唇舌的刚毛间距几乎都保持在40至50微米左右，和其体形大小无关；而工蜂的刚毛间距则根据体形大小在15至45微米之间变化。

研究人员利用显微高速摄影技术，定量得到中唇舌每一次往复运动摄入的花蜜体积。观测发现，随着熊蜂个体增大，单次往复摄入体积总体上升，但这一增长显著慢于中唇舌内部可用空间随体形增大的速度，体形更大的熊蜂并不能按比例获得更高的有效摄入量。

尤其对于蜂王而言，即便具有和工蜂大小相同的体形，由于刚毛间距更大，其中唇舌的花蜜填充率也低于工蜂。总之，体形越大、刚毛间距越宽的熊蜂越难有效利用中唇舌内部的空间来储存花蜜。

对此，研究人员进一步分析发现，中唇舌回撤时，相邻刚毛形成弯曲的气液界面，这些界面提供了一个额外的毛细压力梯度，增强了黏度花蜜的夹带。而当刚毛间距变宽或中唇舌长度变长，都会导致中唇舌的液体承载能力下降。

除了液体的表面张力，液体黏度也对捕获花蜜发挥了作用。由于中唇舌结构的生长限制，当熊蜂体形增大时，重力将起主导作用，因而降低花蜜的填充率。

“可以将蜜蜂的中唇舌看作一块海绵，将刚毛间距看作海绵的孔隙，当‘孔隙’过大，‘海绵’吸收花蜜的能力自然会降低。”黄泽翔解释说。正因为此，蜂王的“大舌头”并不高效。

“微结构缺陷”启发仿生研究

体形更大、中唇舌更长的蜂王，为什么反而不负责采蜜？这项研究回答了这个核心问题：身体结构导致的物理学限制是一个根本原因。根据作者的理论框架，最适合采蜜的熊蜂实际上是蜂群中一些体形较大的工蜂，这与以往的行为学研究一致。这些工蜂的中唇舌整体长度较长，但刚毛间距较小，兼具较高的花蜜采集量和填充率。

美国佐治亚理工学院的生物物理学家萨德·巴姆拉表示，该工作为预测不同种类蜜蜂采集不同浓度和黏度花蜜的能力提供了关键线索。“这有助于授粉昆虫的选育与规模化授粉管理。”

论文通讯作者王博表示，这项研究把蜂-花关系从单纯的“舌头长度匹配花冠深度”的几何层面，推进到“口器结构匹配花蜜物理性质”的物理层面，建立了个体结构与功能相匹配的理论框架，并为仿生界面与液体输运系统提供启发，助力设计微量液体样本采集与检测的工具。

相关论文信息：

https://doi.org/10.1073/pnas.2527391123