Рис. 7.10 Людей издавна очаровывали геометрически точные детали пчелиных сотов

Рис. 7.11 Свободно построенные соты свисают вертикально и расположены параллельно друг другу в дупле дерева

Рис. 7.12 Рецепторы гравитационных органов расположены на всех суставах ног и между головой, грудью и брюшком пчел. Они используют полученную от этих рецепторов информацию, чтобы в темном улье ориентировать соты вертикально

Рис. 7.13 Ширина улочки, или промежутка между соседними сотами, позволяет пчелам на противоположных сторонах расходиться друг с другом спиной к спине

Рис. 7.14 Осы строят свои гнезда из пульпы, которую делают из пережеванной древесины. По сравнению с геометрией сотов пчелиной колонии геометрия осиных сотов выглядит менее аккуратной – отсутствуют точные углы и резко выраженные грани

Эти физические свойства воска, а также способность медоносных пчел поднимать температуру тела до 43 °C и более, лежат в основе способности строить геометрически правильные соты. В 1637 году Р.-А. Ремнант без помощи совершенных технологий наблюдал это и удачно написал: «Жар пчел делает воск таким теплым и гибким, что они могут работать с ним и использовать его сразу же после сбора». Однако Ремнант делал свои выводы под влиянием одного из ложных представлений своего времени: считалось, что пчелы собирают воск с цветов.

Пчелы используют свое собственное тело как шаблон, когда начинают изготавливать стенки ячеек и строят вокруг себя цилиндрические трубы. Внутренние закрытые концы цилиндров – гладкие полусферы, и они остаются в таком виде на протяжении многих недель после их изготовления. Будучи изначально цилиндрическими, трубкообразные ячейки принимают свою типичную шестиугольную форму (рис. 7.15) только после того, как пчелы поднимают температуру воска до 37–40 °C (рис. 7.16). Участки строительства сотов, рассматриваемые с помощью тепловизора, горят от деятельности рабочих пчел, которые нагревают воск до тех пор, пока тонкие восковые стенки постепенно не начинают течь. В результате из-за внутренних механических напряжений стенок (то же самое можно наблюдать, когда соприкасаются два мыльных пузыря) оказывается, что общая стенка становится совершенно ровной. Таким образом, боковые стенки между плотно прижатыми друг к другу восковыми цилиндрами также вытягиваются в прямую линию, приобретают совершенно гладкую поверхность, толщину 0,07 мм и образуют угол относительно друг друга, составляющий точно 120°.

Рис. 7.15 Ячейки сотов изначально строятся в виде цилиндров и лишь спустя некоторое время принимают свою точную шестиугольную форму

Пчелы, у которых были ампутированы последние членики антенн, строят дефектные ячейки со стенками вдвое толще нормы, также покрытыми отверстиями. Органы чувств, которыми пчелы измеряют окружающую температуру, заключены внутри сегментов их антенн; большинство этих рецепторов расположено в последнем членике на кончиках антенн, меньше – в последующих члениках. Ампутация антенн лишает пчел множества сенсорных сигналов, делает их нечувствительными к температуре. На основании этого можно предположить, что покалеченные пчелы, также ответственные за нагрев воска, больше не в состоянии правильно измерять температуру.

Рис. 7.16 Это термографическое изображение показывает два строительных участка, где пчелы-строители нагревают воск до температуры, при которой тот начинает течь и образует правильные шестигранные ячейки в ответ на внутренние напряжения

Кристаллоподобный узор ячеек сотов постепенно формируется сам по себе, когда воск прогрет. Если взглянуть на соты против света, создается впечатление, что основания ячеек составлены из трех ромбоидов одинакового размера. Во вновь построенных сотах это оптическая иллюзия, создаваемая положением полусферических оснований ячеек с другой стороны сота (рис. 7.17).

Со временем основания ячеек становятся настолько тонкими, что принцип самоорганизации, объясненный на примере стенок, также приводит к образованию трех ромбоидов и сотов правильной формы.

Процесс можно моделировать искусственно на маленьких восковых цилиндриках, плотно прижатых друг к другу и нагретых. Соты с шестигранными ячейками постепенно сформируются без всякой помощи пчел. Ячейки сотов, построенных в условиях нулевой гравитации колонией медоносных пчел на борту космического челнока НАСА во время полета в 1984 году, были сформированы так же точно, как те, что были созданы в земных условиях. Внутренние силы ячеек сотов, формирующие их узор, не требуют никакой внешней помощи, за исключением обогрева пчелами. В космосе оказалась нарушенной лишь ориентация ячеек относительно горизонтальной оси; этого и следовало ожидать, учитывая отсутствие сигнала о направлении, который дает сила земного притяжения.

Рис. 7.17 Дно вновь построенных ячеек имеет полусферическую форму. Три ромбовидных образа, просвечивающие сквозь тонкую стенку на дне ячейки, созданы основаниями стенок ячеек с другой стороны сотов

Соты, являющиеся результатом описанного выше процесса самоорганизации, обладают не только впечатляющей геометрией, но и точными статическими и динамическими свойствами. Эти свойства непрерывно контролируются и исправляются в ходе строительства.

Математики уже неоднократно и убедительно подсчитывали, что геометрия пчелиных сотов представляет собой оптимальное решение, когда предполагается заключить максимально возможный объем в самое минимальное количество воска. Сформулированная в первом приближении, эта идея восходит к греческому астроному и математику Паппу Александрийскому (около 290–350 н. э.). Данные выводы совершенно справедливы для среза сотов сразу под каемками ячеек. Однако если включать в расчеты толстую восковую каемку, эти дополнительные 30 % (а иногда целых 50 %) от общего количества воска, используемого для ячейки, уже не будут оптимальными в плане вместимости.

Сот состоит не только из воска. В качестве добавки пчелы используют смолу, которую соскабливают с растений, складируют на стенках сотов и подмешивают в них. Благодаря целенаправленному добавлению смолы на поверхность и в состав воска пчелы открывают для себя возможность регулировать свойства разных частей сотов в зависимости от различий в их использовании.

Соты, насчитывающие от 100 000 до 200 000 ячеек, выполняют множество функций и предоставляют пчелам:

• укрытие;

• место для изготовления меда;

• хранилище для меда;

• хранилище для пыльцы;

• инкубатор;

• телефонную сеть;

• хранилище информации;

• индивидуальность колонии;

• первую линию обороны от возбудителей болезней.

Первые четыре пункта в этом списке требуют не строительных материалов с какими-либо особыми свойствами, а лишь соответствующего разделения определенных частей гнезда. Последние пять функций зависят от особых физических и химических свойств.