Одна бджола — маленька комаха. Але десятки тисяч таких комах разом будують місто з воску, підтримують у ньому майже постійну температуру, передають одна одній напрямок і відстань до їжі, розподіляють роботу без начальника і навіть колективно обирають новий дім.

Медоносна бджола Apis mellifera настільки звична людині, що її дивовижність легко не помітити. Ми бачимо мед, віск, вулик, запилення — і майже автоматично думаємо, що все це давно зрозуміло.

Але варто поставити просте запитання: хто саме керує бджолиною сім’єю?

Матка? Ні. Вона головна репродуктивна особина, але не диспетчер і не архітектор. У неї немає карти польотів робочих бджіл, плану будівництва сот чи графіка вентиляції вулика.

Окрема робоча бджола? Теж ні. Вона реагує на місцеві сигнали — запахи, дотики, температуру, танці інших бджіл, стан комірок, наявність корму. Вона не знає всього, що відбувається в колонії.

І все ж колонія поводиться так, ніби знає.

Саме тому медоносну бджолу так люблять дослідники колективної поведінки. У ній є майже все, що робить FAUNIGMA цікавою: складна геометрія без кресляра, повідомлення без слів, рішення без парламенту і порядок без центрального командного пункту.

Вулик, у якого немає мера

Бджолина сім’я часто описується як суперорганізм. Це не означає, що колонія буквально є однією твариною. Але аналогія дуже корисна: окремі бджоли виконують ролі, які разом підтримують життя системи вищого рівня.

Матка переважно забезпечує розмноження. Трутні виконують репродуктивну функцію. Робочі бджоли — це велика мережа, яка годує розплід, очищує комірки, будує соти, переробляє нектар, охороняє гніздо, вентилює його, приносить воду, пилок, прополіс і нектар.

Навіть серед робочих немає незмінної професії на все життя. Для Apis mellifera характерний віковий поділ праці: молодші робітниці частіше виконують завдання всередині гнізда, старші частіше переходять до охорони й польотів за ресурсами. Але це не жорсткий конвеєр. Якщо потреби сім’ї змінюються, бджоли здатні змінювати темп переходу між ролями.

Отже, порядок виникає не тому, що хтось роздав усім накази. Він народжується з величезної кількості локальних рішень.

Соти: геометрія, яку ніхто не креслив

Шестикутні бджолині соти давно стали символом математичної досконалості. У популярному переказі все виглядає дуже красиво: бджоли нібито «знають», що правильний шестикутник дозволяє щільно заповнити площину і створити багато місткості за відносно невеликої кількості воску.

Шестикутник справді чудово заповнює площину без проміжків. Але історія реальних сот цікавіша, ніж легенда про маленьких геометрів із циркулем.

Дослідження ранніх етапів будівництва показують, що нова комірка спочатку може бути ближчою до округлої форми, а характерні заокруглені шестикутники формуються в процесі подальшого будівництва. Тут працюють одразу кілька чинників: спосіб, яким бджоли розташовують сусідні комірки, механічне формування стінок і властивості нагрітого воску. [1][2]

Є моделі, за якими віск поблизу місць контакту сусідніх комірок достатньо розм’якшується, щоб поверхневі сили допомагали формувати кути близько 120°. Інші роботи підкреслюють роль самої будівельної поведінки: бджоли повинні спочатку створити правильне просторове сусідство, де одну комірку оточують шість інших. Якщо ця схема порушується, трапляються п’ятикутні, семикутні та інші перехідні комірки.

А природні соти взагалі не є ідеальним аркушем із тисячі однакових шестикутників. Бджолам доводиться з’єднувати ділянки, що ростуть із різних напрямків, переходити між більшими трутневими й меншими робочими комірками, обходити перешкоди. У таких місцях вони використовують проміжні розміри й неправильні багатокутники, поступово «зшиваючи» структуру. [3]

Тому правильніше сказати не «бджола обчислює шестикутник», а щось значно цікавіше: проста локальна поведінка тисяч будівельниць разом із фізикою воску породжує геометрію, яку людина сприймає як проєкт.

Танок, у якому є карта

Якщо соти здаються дивом архітектури, то знаменитий виляючий танець бджіл — диво передачі інформації.

Бджола-збирачка, яка знайшла вигідне джерело їжі, повертається у темний вулик і може виконати на вертикальній поверхні сот серію рухів, схожих на вісімку. Центральна частина — прямий «виляючий пробіг», під час якого вона рухається вперед і вібрує тілом.

У цьому русі закодовано принаймні дві критично важливі речі. Напрямок: кут прямого пробігу відносно вертикалі відповідає напрямку польоту відносно положення Сонця. Відстань: тривалість виляючої фази пов’язана з тим, наскільки далеко розташоване джерело. [4]

Тут легко сказати «бджоли розмовляють». Але науково обережніше говорити про надзвичайно розвинену систему комунікації. Послідовниці танцю отримують інформацію не лише очима: всередині темного вулика важливі механічні коливання, рух повітря, дотики антенами, запах самої танцівниці й принесеної їжі. [4]

Найдивовижніше — перетворення координат. Бджола прилетіла з тривимірного освітленого світу, де орієнтувалася за небом і ландшафтом. А повідомлення залишає на вертикальній восковій стіні в темряві. Вона ніби перекладає «кут відносно Сонця» на «кут відносно сили тяжіння».

Сонце рухається. Повідомлення — теж

Бджолина система орієнтації враховує рух Сонця протягом дня. Для роботи сонячного компаса потрібен внутрішній годинник. Бджола співвідносить положення світлового орієнтира з часом і може відповідно коригувати напрямок.

Навіть коли Сонце частково закрите, у небі залишається інша інформація — малюнок поляризації світла, що виникає внаслідок розсіювання сонячного світла в атмосфері. Медоносні бджоли здатні використовувати поляризаційні сигнали як компасні підказки. [6]

У 2023 році радіолокаційні експерименти додали ще один цікавий штрих. Бджоли, які отримали інформацію з танцю, а потім були перенесені й випущені далеко від вулика, у знайомій місцевості демонстрували поведінку, сумісну не лише з механічним виконанням команди «лети стільки-то в такому-то напрямку». Їхній пошук тяжів до реального місця корму. Це підтримує ідею, що танцювальна інформація може інтегруватися з просторовим знанням знайомої території. [5]

Колектив, який підтримує власну погоду

Ще одне бджолине диво майже непомітне ззовні: сім’я створює мікроклімат.

Для нормального розвитку розплоду температура повинна залишатися в досить вузькому діапазоні. Дослідження показують, що зона розплоду часто утримується приблизно біля 34–36 °C навіть тоді, коли зовнішні умови значно змінюються. [8][9]

Коли холодно, робочі бджоли підвищують теплопродукцію м’язами й ущільнюються навколо потрібної зони. Коли надто спекотно, включаються інші рішення: вентиляція крилами, зміни щільності бджіл на сотах, принесення води й випаровувальне охолодження.

І знову немає одного термостата, який дає команду всім. Тисячі особин реагують на локальну температуру й інші сигнали — а в масштабі колонії виникає домашній клімат-контроль.

Як десятки тисяч бджіл голосують за нову квартиру

Найкрасивіший приклад колективного розуму з’являється під час роїння. Коли частина сім’ї з маткою залишає старе гніздо, рій тимчасово збирається щільною масою. Але десь треба знайти нове житло.

Для розвідки вилітає відносно невелика частина бджіл. Розвідниці знаходять різні порожнини й оцінюють їх. Повернувшись, вони рекламують варіант танцем. Хороший варіант отримує сильнішу й довшу рекламу; інші розвідниці летять перевіряти його; якщо він їм теж подобається, число прихильниць зростає. [10][11]

Але жодній бджолі не потрібно відвідати всі варіанти і скласти глобальну таблицю балів. Колонія порівнює їх через динаміку рекрутування. Коли на перспективному місці збирається достатня кількість розвідниць — своєрідний кворум — система переходить від обговорення до підготовки перельоту.

Є ще цікавіший механізм: бджоли можуть подавати короткі «стоп-сигнали» танцівницям, які рекламують конкурентні варіанти. Це допомагає системі не зависнути в нескінченній суперечці приблизно рівних кандидатів. [12]

Немає голови комісії. Є позитивний зворотний зв’язок, конкуренція, перевірка, гальмування і поріг рішення.

Розум колонії — це не сума маленьких розумів

Тут виникає спокуса уявити, ніби кожна бджола дуже розумна, а десятки тисяч «розумних агентів» просто складаються у ще більший інтелект. Насправді найцікавіше протилежне.

Багато складних результатів не потребують того, щоб окрема бджола розуміла систему цілком. Будівельниця не повинна уявляти весь майбутній стільник. Годувальниця не повинна знати весь продовольчий баланс сім’ї. Танцівниця не повинна знати, скільки рекрутів зрештою полетить. Розвідниця не повинна побачити всі можливі нові гнізда.

Кожна виконує обмежену дію за локальною інформацією. Але правила взаємодії побудовані так, що на рівні сім’ї з’являються властивості, яких немає в окремої бджоли: домашній клімат, колективна пам’ять про ресурси, вибір нового житла, стабільний поділ праці, складна архітектура.

Це називають емерджентністю — коли властивість системи виникає з взаємодії її частин і не зводиться до однієї з них.

Квітка, яку можна не лише побачити й понюхати

Бджоли використовують колір, включно з ультрафіолетовим діапазоном, запахи, просторові орієнтири й поляризацію неба. А експерименти показали ще одну незвичну можливість: вони здатні реагувати на слабкі електричні поля квітів. [13]

Бджола в польоті може набувати позитивного електричного заряду, тоді як квітка відносно землі має інший електричний стан. Ці електростатичні взаємодії допомагають перенесенню пилку. Є також експериментальні докази, що бджоли можуть сприймати зміни таких полів, ймовірно через механічний рух чутливих волосків.

Не варто перебільшувати й казати, що бджола «бачить електрику». Але цілком можливо, що квітка для неї — це водночас колір, запах, форма, вологість і слабкий електричний сигнал.

То де ж у вулику міститься розум?

Ми звикли шукати розум усередині голови. У бджіл це працює лише частково.

Окрема бджола вчиться, запам’ятовує запахи й маршрути, розпізнає візуальні ознаки, оцінює ресурси й приймає рішення. Її нервова система зовсім не примітивна.

Але частина того, що ми називаємо «розумністю бджіл», існує не в одній голові. Вона розподілена між багатьма головами, танцями, запахами, восковими комірками, температурою, запасами меду, потоками бджіл через вхід і навіть тим, скільки часу певна розвідниця продовжує рекламувати знайдену порожнину.

І тому питання «наскільки розумна бджола?» може бути поставлене неправильно.

Можливо, значно цікавіше інше: наскільки розумною може бути система, в якій жоден учасник не знає всього плану?

Бджолина сім’я не має мозку, який можна покласти на стіл. Але в неї є пам’ять, регуляція, комунікація, вибір, конкуренція і консенсус.

І коли десятки тисяч маленьких істот разом створюють поведінку, яку окремо не задумувала жодна з них, слово «інстинкт» уже майже нічого не пояснює.

Воно лише дає назву загадці.

Джерела й подальше читання

1. Nazzi F. The hexagonal shape of the honeycomb cells depends on the construction behavior of bees. Scientific Reports 6, 28341 (2016). DOI: 10.1038/srep28341.
2. Karihaloo BL, Zhang K, Wang J. Honeybee combs: how the circular cells transform into rounded hexagons. Journal of the Royal Society Interface 10:20130299 (2013). DOI: 10.1098/rsif.2013.0299.
3. Smith ML, Napp N, Petersen KH. Imperfect comb construction reveals the architectural abilities of honeybees. PNAS 118:e2103605118 (2021). DOI: 10.1073/pnas.2103605118.
4. Ai H et al. Neuroethology of the Waggle Dance. Insects 10, 336 (2019).
5. Wang Z et al. Honey bees infer source location from the dances of returning foragers. PNAS 120:e2213068120 (2023).
6. Evangelista C et al. Honeybee navigation: critically examining the role of the polarization compass. Phil. Trans. R. Soc. B 369:20130037 (2014).
7. Johnson BR. Division of labor in honeybees: form, function, and proximate mechanisms. Behav. Ecol. Sociobiol. 64, 305–316 (2010).
8. Stabentheiner A, Kovac H, Brodschneider R. Honeybee Colony Thermoregulation. PLoS ONE 5:e8967 (2010).
9. Stabentheiner A et al. Coping with the cold and fighting the heat: thermal homeostasis of a superorganism, the honeybee colony. J. Comp. Physiol. A (2021).
10. Britton NF et al. Deciding on a new home: how do honeybees agree? Proc. R. Soc. B 269, 1383–1388 (2002).
11. List C, Elsholtz C, Seeley TD. Independence and interdependence in collective decision making. Phil. Trans. R. Soc. B 364, 755–762 (2009).
12. Seeley TD et al. Stop signals provide cross inhibition in collective decision-making by honeybee swarms. Science 335, 108–111 (2012).
13. Clarke D, Morley E, Robert D. The bee, the flower, and the electric field. J. Comp. Physiol. A 203, 737–748 (2017).

Featured photo: Meggyn Pomerleau / Unsplash. Інші фотоматеріали атрибутовано в підписах.