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蜜蜂摇摆舞的编码和解码过程一直存在诸多疑问,为探究此,研究人员结合视频记录和雷达跟踪技术开展研究。结果发现距离编码与搜索质心非线性相关等现象,该研究解释了先前分析的合理性,为理解蜜蜂交流行为提供新视角。
在奇妙的昆虫世界里,蜜蜂的摇摆舞堪称一绝。这一独特的行为不仅是蜜蜂之间传递信息的方式,更是它们复杂社会生活的重要体现。长久以来,科学家们对蜜蜂摇摆舞充满好奇,试图揭开其背后的秘密。以往对蜜蜂摇摆舞的研究存在一定局限,传统分析高度依赖实验者对地理知识的掌握,即通过已知的蜂巢和喂食器位置来推断信息传递过程。但这种方法无法深入探究编码和解码过程的本质联系,也难以确定蜜蜂在实际搜索行为中的精准度及影响因素。
为了突破这些困境,中国科学院西双版纳热带植物园等研究机构的研究人员展开了深入研究。他们的研究成果发表在《Behavioral Ecology and Sociobiology 》上,为我们理解蜜蜂摇摆舞的信息传递机制带来了新的曙光。
研究人员采用了一系列先进的技术方法。首先,利用视频以 50Hz 的频率记录蜜蜂的摇摆舞行为,仔细分析每一次摇摆跑的摆尾次数以及相对于重力的方向,并通过 Python 工具 Astropy 将方向转换为相对于太阳方位的方向。其次,运用谐波雷达跟踪招募蜂(recruits)的飞行轨迹,雷达的发射单元和接收单元协同工作,精准定位蜜蜂的位置,记录其飞行数据,并通过定制程序将数据转换为笛卡尔坐标 。最后,使用 Python 编写的自定义脚本绘制二维密度图(热图,heatmaps),直观展示舞蹈向量端点和招募蜂搜索位置的分布情况,通过多种统计方法对热图进行量化分析 。
研究结果主要围绕编码、解码以及两者的比较展开。
- 编码:研究人员发现,传统认为的每次摆尾跑的摆尾次数与距离的转换因子并非恒定不变。通过对不同喂食器位置的研究,发现不同距离对应的最佳缩放因子不同,如 F1 和 F2 为 60m、F3 为 70m、F6 为 80m ,这表明摆尾次数与距离之间呈现非线性关系。而且,随着距离增加,舞蹈向量端点分布的角度宽度逐渐减小,意味着方向编码的精度在提高。
- 解码:招募蜂的向量飞行终点往往远未到达指示的喂食器位置。例如,F1 招募蜂的向量飞行较短,且分布沿路径拉长;F2 招募蜂的向量飞行终止在距喂食器约三分之二的距离处;F3 招募蜂的向量飞行终点分布在两条路径之间;F6 招募蜂的向量飞行终点出现两个密度峰值 。不过,招募蜂在搜索飞行时会纠正向量飞行的偏差,如 F2 招募蜂在从向量飞行转换到搜索飞行的第一次转向中,会根据理想方向进行调整 。此外,招募蜂的搜索模式整体上非常集中,比舞蹈向量端点的分布更为精准。
- 编码与解码的比较:对比发现,舞蹈向量端点的密度分布比招募蜂搜索固定点的分布更宽。以 F2 为例,舞蹈向量端点 50% 数据点覆盖的面积是招募蜂搜索固定点的 2.8 倍 。而且,随着距离增加,解码过程中的精度提升更为明显,如 F2 舞蹈向量端点的 50% 捕获区域角度为 132°,而招募蜂搜索固定点为 70°;F6 相应角度分别为 104° 和 60° 。同时,研究还发现不同喂食器的舞蹈端点和招募蜂搜索固定点的分布趋势存在差异,F3 由于训练方式导致两者分布无显著差异 。
在研究结论和讨论部分,研究人员指出,通过招募蜂搜索模式校准舞蹈信息,与以往以喂食器地理位置为参考的方法结果相近,说明招募蜂的搜索精度较高 。距离函数并非线性,且基于招募蜂搜索质心确定的校准缩放因子(CSF)与以往基于物理距离确定的值有所不同 。招募蜂的向量飞行受景观结构影响,并且在搜索飞行中会纠正偏差 。最重要的是,招募蜂的搜索飞行比预期更聚焦,可能是通过对多次摆尾跑信息的平均以及其他机制实现的 。此外,之前跟随舞蹈的经历也会影响招募蜂的搜索飞行分布 。
这项研究意义重大,它首次将蜜蜂摇摆舞的编码和解码过程结合分析,为理解蜜蜂的交流行为提供了更全面的视角。揭示的非线性距离函数、景观结构对搜索的影响以及信息平均机制等,有助于深入探究蜜蜂的认知和导航能力,为后续研究蜜蜂行为学和生态学奠定了坚实基础。