Jak Pracują Skrzydła Pszczół: Struktura Skrzydeł i Mechaniki Lecenia

Dwa skrzydła, jedno lotanie

Pchla ma dwie pary membranowych skrzydeł na bokach torza: większe przednie skrzydło i mniejsze tylne skrzydło. W lotu te skrzydła nie są używane oddzielnie, ale połączone są w jedno funkcjonalne powierzchnię lotową przez szereg małych ząbków nazywanych hamulicami, które biegną po przednim brzegu tylnej skrzydła i uchwytują się za przewrócony obrzeż na tylnym brzegu przedniego skrzydła. To połączenie pozwala pchle generować podnoszące siły efektywnie z jednego pulsowania skrzydełami, zamiast zarządzać czterema oddzielnie drgającymi powierzchniami. Po lotu to połączenie się rozdziela, co jest przyczyną tego, że pchla może skrzydła skrzyżować i ułożyć je płasko i osobno na plecach, gdy nie lata.

Ciało skrzydeł samego jest cienkim, niemal przezroczystym cutiklem wspartym przez siatkę żył. To są tubularne podwyższenia, które zapewniają strukturalną twardość, jednocześnie utrzymując skrzydło na niewielkim wadze. Modele tych żył, oraz małe ciemne komórki, które zawierają, są wystarczająco charakterystyczne, że entomolodzy używają venacji skrzydeł jako jednego z narzędzi do rozróżniania gatunków pchły i nawet w szczegółach do wykrywania niewielkich różnic między podgatunek pszczół miodnych.

Muskle latające, które nadają ruchowi

W przeciwieństwie do ptaków, pszczół nie ma muskułów przylegających bezpośrednio do skrzydeł i przyciskających je w górę i dół. Zamiast tego latają one pośrednio dzięki dwóm zestawom muskułów w piersi, które alternatywnie deformują jej kształt: jeden zestaw kontraktuje piersię w pionie, co ugiada górne płytko i podnosi skrzydła, a drugi, prostopadły do pierwszego, kontraktuje ją poziomo, ugiadając górne płytko w przeciwny kierunek i niszczy skrzydła. Ten mechanizm klikający, połączony z naturalną elastycznością pokrywy piersiowej, umożliwia, aby częstotliwość drgania skrzydeł była znacznie wyższa niż sygnały nerwowe kontrolujące ją, ponieważ każdy sygnał nerwowy może spowodować kilka drgań elastycznych ciała piersiowego zamiast jednego okresu trzęsień skrzydła.

Pszczółka zbierająca nectar zwykle drży swoimi skrzydłami wokół 200-230 razy na sekundę, prędkość, która byłaby niemożliwa, gdyby każda oddech wymagała nowego sygnału nerwowego i pełnego kontraktu i rozluźnienia mięśni, biorąc pod uwagę porównywalnie wolną prędkość przekazywania nervek w skamieleńcach. Ten asynchroniczny system muskułowy latający, współdzielony z wieloma innymi skamieleńcami, jest jednym z bardziej eleganckich rozwiązań naturalnego świata do problemu generowania szybkiego i utrzymywanego ruchu drgającego.

Generowanie podnoszenia na skalę ptaka

Na skali muchy powietrze zachowuje się proporcjonalnie bardziej jak lepkie ciecz niż dla ptaka lub samolotu, a przez lata proste matematyki aerodynamiczne stałe wskazywały, że muchy nie powinny generować wystarczającego podnoszenia do lotu, co prowadziło do zagadki często ekstremalizowanej w popularnych mitach, mówiących, że muchy są aerodynamicznie niemożliwe. Wysokie prędkości wideo i bardziej zaawansowane modele aerodynamiczne nieustalonego stanu rozwiązały to: muchy nie przesuwają swoich skrzydeł tarczą podobnie jak flaki samolotów, ale obracają i ugiąwają je przez krótki, ostro skierowany łuk, tworząc małe wiry na początku skrzydła w każdym zderzeniu, co generuje znacznie więcej podnoszenia niż proste przesunięcie tarczowate.

Ten sam krótki, wysoka częstotliwość, wysoki kąt ugięcia skrzydeł wyjaśnia również dlaczego muchy mogą unosić się prawie na miejscu przy inspekcji kwiatu lub przy stacji nad wejściem do gniazda, manewr wymagający ciągłego regenerowania podnoszenia bez żadnej prędkości w przód, aby pomóc, oraz dlaczego muchy zbierające nectar, często transportujące blisko własnej masy ciała w nectarze, nadal mogą startować, choć wolniej i z wyraźnie niższej, bardziej wysiłkowej ścieżki lotu powrotem do gniazda.

Zniszczenie skrzydeł, ich uszkodzenia i koszt dla kolonii

Skrzydła nie odnawiają się ani nie naprawiają po uszkodzeniu, więc skrzydła foragera z accumulate wadą po raz pierwszy podczas jej życia letniego: włoski na obrzeżach przysypują, małe rany pojawiają się na koncach, a tkanina może stać się widocznie zniszczona u pszczół, które zbierają pchły przez kilka tygodni. Ponieważ zbieranie jest ostatnim i najbardziej letnim etapem życia pracownicy, stan skrzydeł jest rzeczywiście dość wiarygodnym, choć nieprecyzyjnym wskaźnikiem wieku pszczółki, a badacze studiujące demografie kolonii czasami używają oceny uszkodzeń skrzydeł jako szybkiego i niskokosztowego podstawowego wskaźnika doświadczenia letniego foragera.

Pod koniec, wirusowe infekcje takie jak wirus zniszczenia skrzydeł (deformed wing virus), przeważnie przeniesione przez pchle Varroa, powodują, że podczas fazu pupalnej rozwinięcia skrzydła rozwoju stają się widocznie ograniczone, zmierzchlowane lub zsunięte, co sprawia, że pszczzelom atakowanym przez wirusa nie jest dozwolone lot. Ponieważ lot jest kluczowym elementem funkcji foragera, wirus zniszczenia skrzydeł jest jednym z najwyraźniejszych widocznych znaków, że kolonia ma niesprawdzoną problem z pchłą Varroa, a jego występowanie w beczce często służy jako szybki i widoczny wskaźnik ogólnego stanu zdrowia kolonii zarówno dla hodowców pszczół, jak i badaczy.

Często zadawane pytania