Сразу после роения запас меда, который был взят в путешествие, дает достаточно энергии для строительства примерно 5000 ячеек для начала. Немедленно начинается сбор пищи, и дальнейшее строительство может быть продолжено. Пчелы, которые заняты постройкой сотов внутри дупла, начинают работу на крыше, где они при помощи своих ротовых органов прикрепляют комочки воска на ее поверхность. Постройку каждого нового сота они могут начинать сразу в нескольких местах. Начальные точки для этой укладки воска выбираются случайным образом (рис. 7.6), но, будучи выбранными, они определяют последующую деятельность строителей сотов.

Рис. 7.3 Восковые чешуйки задерживаются массой колючих щетинок на задних ногах и передаются вперед к ротовым органам

Накапливающиеся толстые полосы воска разрастаются навстречу друг другу, потому что каждая следующая пчела просто добавляет свою ношу воска к уже сложившемуся ряду. В 1959 году французский энтомолог П.-П. Грассе предложил термин «стигмергия» для такого механизма, при котором сооружение построек совсем не требует обмена информацией между животными, занятыми выполнением задачи. Врожденное стремление строящих соты пчел добавлять комочки воска к уже выложенному воску приводит к быстрому образованию толстых слоев этого материала. Строя соты, пчелы постепенно «вытягивают» накопившийся воск в удлиненные ячейки.

Рис. 7.4 Рабочие особи месят ротовыми органами маленькие комочки воска и добавляют фермент, который облегчает работу с воском

Рис. 7.5 В колонии, прилежно занятой постройкой сотов, восковые чешуйки дождем падают на дно улья. Здесь их можно видеть лежащими среди комочков пыльцы, также свалившихся сверху

Рис. 7.6 Постройка нового сота начинается с беспорядочно распределенных комьев воска, приклеенных к потолку улья

Отдельные сектора сотов стыкуются настолько точно, что в законченном узоре ячеек едва ли можно найти какие-то изъяны (рис. 7.7).

На этой стадии строительства сот множество пчел образует живые цепи между краем строящегося сота и стенкой полости. Они сцепляются друг с другом ногами и долго остаются висеть в неподвижности (рис. 7.8). Значение этого поразительного поведения неизвестно. Служат ли они чем-то вроде веревочной лестницы для пчел, которые собирают упавшие на пол восковые чешуйки и приносят их на строительную площадку? Мы этого не знаем.

Всех наблюдателей интриговали внешний вид ячеек в сотах и их невероятно строгая геометрия, их узор много раз использовался для художественных украшений (рис. 7.9). При более подробном изучении геометрии сотов наши первые впечатления подтвердились: это структура невероятной точности, которая создана деятельными насекомыми. Толщина отдельных стенок ячейки, измеренная на протяжении нескольких сантиметров, составляет точно 0,07 мм. Угол между гладкими стенками – 120° (рис. 7.10), и соты висят вертикально. Дно ячеек не строго горизонтально, а слегка наклонено в сторону основания ячейки. Расстояние между соседними параллельными сотами в типичном случае составляет 8–10 мм.

Иоганн Кеплер, Галилео Галилей и многие другие известные провидцы, интересовавшиеся математикой, были очарованы сотами медоносной пчелы, потому что казалось, что такая точная постройка невозможна без понимания математики.

Исследования физиологии пчел дали нам представление о том, каким образом достигаются вертикальное положение и параллельная ориентация сотов (рис. 7.11).

На всех сочленениях у медоносных пчел имеются подушечки чувствительных волосков. Их стимуляция происходит, когда сила земного притяжения заставляет отдельные части тела двигаться относительно друг друга, словно маятник или рычаг (рис. 7.12). Тем самым сенсорные рецепторы в этих подушечках могут обнаруживать направление, в котором действует сила земного притяжения. В пустотах, где пчелы предпочитают строить свои гнезда, обычно темно, поэтому зрение не может им помочь.

Тем не менее пчелы, ориентирующиеся при помощи чувства гравитации, могут вести строительство сота, который расположен вертикально и направлен вниз от крыши до пола. Расстояние между сотами определяется пространством, которое занимает пчела, сидящая на сотах. Двигаясь по поверхностям соседних сотов, пчелы должны иметь возможность разойтись спина к спине, не испытывая затруднений (рис. 7.13), и это минимальное расстояние строго соблюдается.

Рис. 7.7 Отряды строителей часто начинают постройку сотов одновременно в разных местах. Это не создает серьезных проблем – две отдельно построенные части подходят друг к другу, словно застежка-молния

Рис. 7.8 Назначение живой цепочки, которую образуют пчелы в местах, где строятся новые соты или восстанавливаются старые, совершенно не известно

Образующиеся в результате улочки между сотами также обеспечивают возможность пропускать через гнездо потоки воздуха, чтобы контролировать его климат. Расположенные по соседству соты не обязательно будут плоскими, как доски, но тянутся параллельно друг другу. Пчелы добиваются такой ориентации при помощи пока еще не открытых органов чувств, которые обнаруживают линии магнитного поля Земли.

Но как же возникает этот в высшей степени аккуратный узор из шестиугольников отдельных ячеек? Механизм, который гарантирует точную, как в кристаллах, геометрию ячеек, может и разочаровать, если мы узнаем, что это процесс самоорганизации, который, за исключением небольшого вклада со стороны пчел, происходит совершенно самостоятельно. Но в нем заключается изобретательность конструкции сотов.

Ключ к кристаллоподобной точности ячеек сотов находится в свойствах пчелиного воска как строительного материала. Осы тоже строят шестигранные ячейки, хотя их геометрия отработана грубее и ячейки фактически расположены в цилиндрах, сложенных вместе (рис. 7.14). Строительный материал, используемый осами, – древесная пульпа, которую они делают из древесных волокон и слюны. Стенки ячеек сами ориентируются в более или менее правильном порядке под влиянием давления, оказываемого на них соседними ячейками; это можно увидеть на тех из них, что расположены по краям гнезда и имеют выпуклые свободные грани.

Рис. 7.9 Новые соты, сделанные из свежего белого воска, – это эстетически приятное зрелище

Ячейки медоносных пчел, напротив, обладают совершенной формой. Медоносные пчелы ни в коем случае не являются более пунктуальными архитекторами, чем осы, но их созидательным усилиям помогает воск как «активный» строительный материал. Воск содержит более 300 различных химических компонентов. Когда они смешаны, это приводит к появлению вещества с физическими свойствами жидкости, даже если оно кажется твердым при пониженных температурах. Та же ситуация наблюдается у стекла – жидкости с точки зрения физики. Твердые вещества имеют строго определенную точку плавления; с другой стороны, стекло становится все более и более текучим по мере нагрева. То же справедливо и для воска. Однако изменения, которые происходят в воске с увеличением температуры, не постепенны. Тонкая внутренняя структура воска демонстрирует три основных состояния: высокоупорядоченное кристаллическое, в котором все молекулы выровнены строго параллельно друг другу, и его полную противоположность – аморфное, в котором полностью неупорядоченные молекулы вытянуты во всех направлениях. Между этими двумя крайностями преобладает псевдокристаллическое состояние, в котором можно найти и аморфные, и кристаллические состояния, соседствующие друг с другом. Теплый воск демонстрирует аморфную структуру. Изменение от кристаллической и псевдокристаллической структуры к аморфной протекает не постепенно, а в два шага, примерно при 25 и 40 °C (так называемые переходные температуры). Подвижность частиц воска относительно друг друга в этих точках перехода резко меняется, что выражено в виде изменения мягкости воска.