東、西方蜜蜂負(fù)重后巢門口飛行權(quán)衡行為

郭紹方 李永明 曲玉鳳 汪正威

（1 普洱學(xué)院生物與化學(xué)學(xué)院，普洱 665000；2 中國科學(xué)院西雙版納熱帶植物園，熱帶森林生態(tài)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，昆明 650223）

1 引言

蜜蜂作為研究復(fù)雜動(dòng)物行為的模式生物，一直受到全世界科學(xué)家的重視[1,2]。尤其近年來東方蜜蜂（A.cerana）和西方蜜蜂（A.mellifera）兩個(gè)不同的蜂種，在行為形態(tài)上的研究備受社會(huì)關(guān)注，最引人注目的是蜜蜂的社會(huì)行為和復(fù)雜的勞動(dòng)分工[2]。受精卵發(fā)育的雌蜂因?yàn)閿z入食物的差異形成負(fù)責(zé)產(chǎn)卵繁殖的蜂王和無繁殖能力的工蜂[3]。工蜂的行為包括工蜂的采集、舞蹈、飼喂、扇風(fēng)、清理巢房、守衛(wèi)等[4]。成年工蜂出房后從事巢內(nèi)勞動(dòng)（內(nèi)勤蜂）如哺育、筑巢、清潔，2～3 周后飛出蜂箱采集花粉和花蜜（外勤蜂），5～7周再次分工，開始采集花蜜或者花粉[2]。

蜜蜂巢外飛行行為與其導(dǎo)航、定位及采集等行為具有良好的權(quán)衡關(guān)系。有學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)，在典型的定位飛行中，蜜蜂剛出巢時(shí)呈較直的飛行路線，當(dāng)飛出10～300m后，就開始轉(zhuǎn)圈，隨后通常按出巢時(shí)的飛行路線直接歸巢[5]。另一個(gè)有趣的研究也發(fā)現(xiàn)蜜蜂離巢越近時(shí)越靠近地面，它們需要熟悉的地面環(huán)境范圍越?。浑x巢越遠(yuǎn)，飛得越高，需要熟悉的地面范圍越大。因而越靠近蜂巢，對(duì)地貌越需要細(xì)致周全的了解；離巢越遠(yuǎn)，只需大致了解即可。直線飛行也利于蜜蜂在歸巢時(shí)把所看到的景物作為一種特殊的指向羅盤。直線往返飛行可使蜜蜂在方位推測(cè)中最大程度地減少差錯(cuò)[5]。這類描述性的飛行軌跡也從側(cè)面反映出蜜蜂會(huì)根據(jù)對(duì)環(huán)境的不同識(shí)別來調(diào)整不同的飛行策略或者飛出不同的軌跡。

Chittka等報(bào)道蜜蜂在靠近食物源進(jìn)行采集時(shí)，會(huì)通過調(diào)整飛行速度來提高對(duì)食物定位的精準(zhǔn)度[6]。而且采集過程中，根據(jù)食源的變化情況，或者存在捕食者危險(xiǎn)的情況，蜜蜂甚至能通過調(diào)整本身攜帶的食物量來更好地協(xié)調(diào)外出的飛行距離和定位情況[7,8]。

采集蜂飛出巢外采集花粉、花蜜、水、樹膠等帶回蜂巢，每次攜帶食物的重量并非完全一致。研究表明根據(jù)食源變化，蜜蜂每次能攜帶花蜜20～40mg，東方蜜蜂每次采粉量平均為12mg，西方蜜蜂每次采粉量約12～29mg。東方蜜蜂和西方蜜蜂歸巢攜帶重量之后，其飛行行為有何改變？二者在歸巢時(shí)的準(zhǔn)確定位與其飛行速度之間到底有何關(guān)系?目前尚屬空白，本文主要針對(duì)東方蜜蜂和西方蜜蜂進(jìn)行貼鋁片負(fù)重實(shí)驗(yàn)來模擬蜜蜂攜帶食物歸巢時(shí)的行為，對(duì)二者在背負(fù)不同重量鋁片后的行為進(jìn)行實(shí)驗(yàn)觀測(cè)，最終得出兩種蜂的正常歸巢飛行速度和背負(fù)不同重量鋁片后的歸巢飛行速度，進(jìn)行對(duì)比分析，以此來探討東方蜜蜂和西方蜜蜂歸巢時(shí)飛行速度的行為差異，并進(jìn)一步討論二者歸巢飛行的準(zhǔn)確定位與速度之間的關(guān)系。

2 材料與方法

2.1 實(shí)驗(yàn)材料

2.1.1 蜂群與拍攝場(chǎng)景布置

實(shí)驗(yàn)用蜂群為帶蜂王的健康東方蜜蜂和西方蜜蜂蜂群。在蜜蜂巢口布置好巢門口飛行記錄系統(tǒng)[9]，待蜂群適應(yīng)一周時(shí)間，開始選擇風(fēng)和日麗的天氣進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

2.1.2 鋁片的制作

圖1 各變量的鋁貼片（A）、背部貼4片鋁片的東方蜜蜂（B）及視頻拍攝系統(tǒng)（C）

挑選厚度為0.3mm的鋁片作為打孔材料，選擇有多個(gè)打孔規(guī)格的打孔鉗，將其打孔規(guī)格調(diào)整為直徑2mm的口徑對(duì)鋁片進(jìn)行打孔，打出厚度為0.3mm、直徑為2mm和質(zhì)量為4.3mg的1000片鋁片。然后用膠水對(duì)鋁片進(jìn)行粘貼風(fēng)干備用，依次粘貼出2片（8.8mg）、4片（17.6mg）和6片（26.4mg）的鋁片用于后續(xù)蜜蜂負(fù)重實(shí)驗(yàn)，如圖1（A）所示。

2.2 實(shí)驗(yàn)方法

2.2.1 蜜蜂負(fù)重貼片

用捕蟲網(wǎng)在巢門口捕捉外出采蜜歸巢的采集蜂（注意：只選取采蜜的蜜蜂作為實(shí)驗(yàn)對(duì)象且肚子微鼓，須與采花粉的采集蜂相區(qū)別）進(jìn)行貼片，在其背部貼上2片（8.8mg）的貼片，如圖1（B）所示。對(duì)貼片后的蜜蜂須進(jìn)行黑暗處理，將其放入盒子里面不透光黑暗處理1min，其目的是讓貼好片的蜜蜂適應(yīng)降低緊張感，減小實(shí)驗(yàn)誤差。

分別對(duì)東方蜜蜂和西方蜜蜂進(jìn)行2片、4片和6片鋁片貼片處理標(biāo)記，對(duì)其歸巢行為進(jìn)行記錄和視頻軌跡整合分析。為了與蜜蜂負(fù)重后的飛行速度進(jìn)行對(duì)比分析，設(shè)置了空白對(duì)照組，同樣選取東方蜜蜂和西方蜜蜂采蜜（肚子微鼓）歸巢的采集蜂各20組，但是不作任何貼片處理，與負(fù)重歸巢的蜜蜂做相同的處理與視頻拍攝。

2.2.2 視頻拍攝及記錄

使用高速運(yùn)動(dòng)相機(jī)（小蟻4K運(yùn)動(dòng)相機(jī)）進(jìn)行側(cè)面和頂部拍攝，如圖1（C）所示。

進(jìn)行拍攝時(shí)，架設(shè)好小蟻4K運(yùn)動(dòng)相機(jī)，調(diào)整好位置及拍攝角度并設(shè)定好程序后，一個(gè)實(shí)驗(yàn)人員便把黑暗處理1min的東方蜜蜂在離蜂巢10m處放飛，另一個(gè)實(shí)驗(yàn)人員則在離蜂巢2m外進(jìn)行觀察，記錄貼片蜜蜂歸巢的時(shí)間、狀態(tài)及環(huán)境。每個(gè)變量的貼片進(jìn)行10組以上實(shí)驗(yàn)，確保每個(gè)變量貼片的蜜蜂都有10組歸巢記錄。西方蜜蜂貼片負(fù)重實(shí)驗(yàn)與東方蜜蜂貼片負(fù)重實(shí)驗(yàn)一致且相同，最終得出實(shí)驗(yàn)視頻數(shù)據(jù)記錄120組。

2.2.3 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理

針對(duì)120組視頻數(shù)據(jù)，先進(jìn)行視頻與記錄的分類整理并做好記錄，剔除一些拍攝不清晰的視頻，再進(jìn)行補(bǔ)拍。對(duì)頂部相機(jī)和側(cè)面相機(jī)的視頻進(jìn)行剪輯和軌跡數(shù)據(jù)整合，得出東方蜜蜂和西方蜜蜂歸巢的時(shí)間和距離，最終求出其速度用于比較分析。以蜂種及貼片數(shù)為因素，用R進(jìn)行雙因素方差分析。

3 結(jié)果與分析

3.1 東方蜜蜂負(fù)重實(shí)驗(yàn)

東方蜜蜂貼片0片（0.0mg）、2片（8.8mg）、4片（17.6mg）和6片（26.4mg）的分析結(jié)果，得出東方蜜蜂隨著負(fù)重的增加，其飛行速度逐漸降低。東方蜜蜂在沒有負(fù)重的狀態(tài)下，飛行平均速度為13.46m/s；在貼有2片鋁片的狀態(tài)下，平均飛行速度為9.22m/s；在貼有4片鋁片的狀態(tài)下，飛行速度為8.58m/s；然而，在貼有6 片鋁片的狀態(tài)下，平均飛行速度略上升為9.2 3 m/s，總體呈現(xiàn)先下降后上升的趨勢(shì)（F3,48=2.88，P=0.046，圖2）。

3.2 西方蜜蜂負(fù)重實(shí)驗(yàn)

西方蜜蜂在沒有負(fù)重的狀態(tài)下，飛行平均速度為11.23m/s；在貼有2片鋁片的狀態(tài)下，平均飛行速度為7.32m/s；在貼有4片鋁片的狀態(tài)下，平均飛行速度為7.60m/s；在貼有6片鋁片的狀態(tài)下，平均飛行速度為9.65m/s。增重后也出現(xiàn)了速度下降，然而在增至6片后速度也有明顯回升，通過單因素方差分析發(fā)現(xiàn)變化不顯著（F3,48=2.24，P=0.095，圖2）。

3.3 東方蜜蜂和西方蜜蜂負(fù)重實(shí)驗(yàn)

比較東方蜜蜂和西方蜜蜂各組之間的差異。對(duì)于沒有貼片的空白實(shí)驗(yàn)，東方蜜蜂的飛行速度比西方蜜蜂的飛行速度快2.22m/s；對(duì)于貼有2片的數(shù)據(jù)比較，東方蜜蜂的飛行速度比西方蜜蜂的飛行速度快1.89m/s；對(duì)于貼有4片的數(shù)據(jù)比較，東方蜜蜂比西方蜜蜂的飛行速度快0.98m/s。由這三個(gè)變量的數(shù)據(jù)可以看出，西方蜜蜂在負(fù)重前和負(fù)重后，其速度是低于東方蜜蜂的，這與西方蜜蜂個(gè)體及重量高于東方蜜蜂有一定的關(guān)系。對(duì)于貼有6片的數(shù)據(jù)比較，東方蜜蜂比西方蜜蜂的飛行速度慢0.43m/s。從統(tǒng)計(jì)上看，二者在飛行速度上無顯著差異（F1,96=1.67，P=0.199，種間差異）；然而，二者隨著貼片重量的增加，呈顯著下降（F3,96=4.73，P=0.004，增重效應(yīng)），由于6片增重西方蜜蜂飛行速度反超東方蜜蜂，不同蜂種與增重交互作用差異不顯著（F3,96=0.043，P=0.731，交互效應(yīng)）（圖2）。

圖2 東、西方蜜蜂在巢門口飛行速度增重后效應(yīng)

東方蜜蜂和西方蜜蜂在巢門口飛行過程中，均呈現(xiàn)明顯的“Z”字形定位飛行。東方蜜蜂和西方蜜蜂在增重之后，二者均稍微增加了“Z”字形繞飛次數(shù)，但是增幅均不顯著（F3,96=1.99，P=0.120）。然而，兩個(gè)蜂種之間比較發(fā)現(xiàn)西方蜜蜂巢門口繞飛次數(shù)顯著高于東方蜜蜂的繞飛次數(shù)（F1,96=15.78，P＜0.001），交互作用也無顯著差異（F3,96=0.15，P=0.928）（圖3）。

圖3 東、西方蜜蜂在巢門口“Z”字形繞飛定位飛行次數(shù)比較

4 討論

通過比較東、西方蜜蜂負(fù)重后的行為變化，尤其在速度上有很大的不同，我們發(fā)現(xiàn)：隨著貼片質(zhì)量增加，蜜蜂的飛行速度都呈現(xiàn)先下降，待增至6片后又略有回升。同時(shí)，隨著貼片質(zhì)量增加，蜜蜂均表現(xiàn)出“Z”字形繞飛增加的跡象，而且，西方蜜蜂繞飛次數(shù)顯著高于東方蜜蜂的繞飛次數(shù)。

蜜蜂歸巢時(shí)是一個(gè)從正常飛行速度向歸巢定位降落轉(zhuǎn)變的過程。東方蜜蜂在沒有負(fù)重鋁片的狀態(tài)下，飛行最快速度為23.09m/s，飛行最慢速度為7.13m/s，飛行平均速度是13.46m/s。西方蜜蜂在沒有負(fù)重鋁片的狀態(tài)下，飛行最快速度為19.25m/s，飛行最慢速度為7.14m/s，飛行平均速度是11.23m/s。這比前人報(bào)道的蜜蜂正常采集飛行速度在6～15m/s范圍稍快一些[10]。

動(dòng)物的負(fù)重能力一般與其身體重量成一定的比例，人的負(fù)重極限是身體的兩倍，但是也有一些特例動(dòng)物，如螞蟻：螞蟻一般可抬起自身重量的300～400倍以上的物體，拖拉自身重量1700倍的物體[11,12]，蜜蜂通常采集負(fù)重在12～30mg之間，正好符合昆蟲“背包”實(shí)驗(yàn)所能承受的負(fù)重范圍且不影響正常飛行。我們?cè)诜淙撼查T口觀察發(fā)現(xiàn)，蜜蜂偶爾會(huì)將同伴的死尸從巢內(nèi)清理出巢。但是，顯然蜜蜂拖動(dòng)與自身體重等重的物體時(shí)存在一定難度，通常會(huì)落到地板上，再多次重新組織飛行。本實(shí)驗(yàn)中，我們通過增加2～6片鋁片標(biāo)記蜜蜂，增加蜜蜂體重10%～30%的重量，對(duì)蜜蜂飛行能力并無直接干擾?？梢岳么朔椒ㄓ^測(cè)蜜蜂負(fù)重后在巢門口的定位飛行與速度的權(quán)衡策略。

蜜蜂的定位飛行與速度的權(quán)衡策略在蜜蜂覓食和躲避天敵等過程中均起到尤為重要的作用。蜜蜂在接近食物過程中，都會(huì)降低速度快速落在花上進(jìn)行采集[13]，與此類似，本研究中我們也發(fā)現(xiàn)東方蜜蜂和西方蜜蜂均會(huì)通過“Z”字形來定位和權(quán)衡登陸歸巢的速度。是否能快速進(jìn)入蜂群可能也與其在巢門口懸停捕食的胡蜂捕食壓力相關(guān)。東方蜜蜂和西方蜜蜂雖然存在很多相似之處，但不同種間由于長期的進(jìn)化，還是存在一些細(xì)微差異，例如體色、個(gè)體大小、采食半徑等[14]。西方蜜蜂與東方蜜蜂相比較而言，更容易被胡蜂所捕食[15]。東方蜜蜂對(duì)胡蜂捕食進(jìn)化出了較明顯的防御方式[14]，東方蜜蜂防御胡蜂過程中，進(jìn)化出“I see you”的忠誠信號(hào)[16]，當(dāng)東方蜜蜂發(fā)現(xiàn)胡蜂時(shí)巢口守衛(wèi)蜂會(huì)向同伴報(bào)警，然后一起抖動(dòng)翅膀、抖動(dòng)腹部用于驅(qū)趕胡蜂[9]，當(dāng)胡蜂足夠靠近時(shí)，守衛(wèi)蜂會(huì)迅速上前咬住胡蜂，其他守衛(wèi)蜂會(huì)迅速參與進(jìn)行“熱團(tuán)”效應(yīng)殺死胡蜂[17,18]。而西方蜜蜂則多為通過召集守衛(wèi)蜂堵塞巢門口，或者是單獨(dú)對(duì)胡蜂進(jìn)行攻擊撕咬等較簡(jiǎn)單的防御方式[19]。西方蜜蜂整體較慢的飛行速度，尤其是在增重后，速度下降且“Z”字形繞飛次數(shù)增加，都可能無形中增加了自身被巢口懸停胡蜂捕食的機(jī)率。與東方蜜蜂較快的歸巢飛行速度和較少的“Z”字形定位相比，我們推測(cè)東方蜜蜂該策略有利于蜜蜂對(duì)胡蜂天敵的躲避。

當(dāng)增重至6片鋁片時(shí)，也就是相當(dāng)于蜜蜂體重30%重量的時(shí)候，東、西方蜜蜂都表現(xiàn)出了“Z”字形定位不再增加，但是，都增加了飛行速度，而且西方蜜蜂增加的速度高于東方蜜蜂的速度。這種通過提升速度的策略是否與蜜蜂感知閾值或者與胡蜂捕食壓力相關(guān)，仍有待進(jìn)一步研究。通過研究東方蜜蜂和西方蜜蜂巢門口在沒有負(fù)重和負(fù)重8.8mg、17.6mg的飛行行為變化差異可以為今后研究二者的定位飛行影響因素和胡蜂捕食難易程度提供一定的參考和經(jīng)驗(yàn)。

致謝

在此感謝中國科學(xué)院西雙版納熱帶植物園化學(xué)生態(tài)組提供的實(shí)驗(yàn)設(shè)備及實(shí)驗(yàn)蜂群，特別鳴謝化學(xué)生態(tài)組老師和其他師兄師姐的指導(dǎo)和關(guān)心。