لا يقع نحل العسل خارج الفصل في الهندسة أثناء صنع قرص العسل

بينما يشكل نحل العسل قرص العسل ، لا تسقط الهندسة من حجرة الدراسة
لا يخرج نحل العسل عن الهندسة أثناء تكوين المشط - بدأ نحل العسل في العمل على إنتاج أقراص العسل في ظل قيود هندسية. كريديت: جولنار غروني فارد

لمعرفة ذلك ، جمع العلماء بيانات التصوير من 10 خلايا بها عيوب متعمدة في أقراص العسل ، والتي بناها النحل على إطارات سداسية.
يعتبر قرص العسل المصنوع من شمع العسل الذي صنعه عدد لا يحصى من النحل مهمًا جدًا لوجود مستعمرة. بالإضافة إلى ذلك ، نظرًا لأن شمع العسل باهظ الثمن ، فإنهم بحاجة إلى تقليل نسبة شمع العسل إلى التخزين في قرص العسل - يجب أن يستهلك النحل حوالي أربعة كيلوغرامات من العسل لإخراج أقل من نصف كيلو من شمع العسل. يقلل التبطين الطبيعي لأشكال سداسية قرص العسل من طول الحدود لكل وحدة سعة تخزين. ومع ذلك ، عندما يقوم النحل ببناء أعشاشه في ثقوب الأشجار الموجودة بالفعل ، يتعين عليه مزج الخلايا ذات الأحجام والأشكال المختلفة بسبب القيود الهندسية ، مما يؤدي إلى ظهور أشكال سداسية غير منتظمة وعيوب طوبولوجية في قرص العسل.

لا تزال الآليات التي تحكم تكوين أقراص العسل ذات القيود الهندسية غير معروفة.

درس جولنار جاروني فارد ، طالب الدكتوراه في جامعة كولورادو بولدر ، كيف يتكيف النحل مع هذه البيئة الطبيعية ، تحت إشراف عالم الفيزياء الحيوية أوريت بيليج ومهندس الفضاء فرانسيسكو لوبيز خيمينيز.

استخدم غرونى فرد الطباعة ثلاثية الأبعاد لإنشاء أطر تجريبية تتحكم بدقة في المصادر الهندسية للإحباط المطبقة على الشبكة السداسية (زاوية الميل (أ) والإزاحة (L و h) في المحورين الأفقي والرأسي) ، كما هو موضح في الأول الشكل أدناه. تم القيام بذلك لتقليد القيود الهندسية. لقد أضاف قيودًا فقط على عناصر متباعدة محددة بوضوح من إطار العمل.

الإحباط القفص
الإحباط القفص

منعت هندسة الإطار هذه النحل من مجرد توسيع الأسس السداسية لملء الفراغات.

بعد سلسلة من التجارب على 10 خلايا ، قام الباحثون بقياس استراتيجيات النحل للتغلب على عدم التطابق في طائراتهم القفصية. استخدم غاروني فارد وزملاؤه تقنيات الرؤية الحاسوبية لتحديد خلايا قرص العسل الفردية ، بعد التقاط صور للإطارات المشيدة بالكامل. باستخدام هذه الصور ، أعادوا بناء بنية المشط ، وكشفوا عن عدم انتظام أشكال الخلايا المبنية داخل التجويف ، كما هو موضح في الشكل أدناه. مستوحاة من أوجه التشابه بين حدود الحبوب في الأمشاط المعاد بناؤها وتلك الموجودة في الجرافين ، طور الباحثون خوارزمية قائمة على علم البلورات لوضع مراكز الخلايا في الشبكة في المواقع التي تقلل من بعض التباين في إمكانات لينارد جونز.

ابتكر الباحثون نهجًا قائمًا على علم البلورات لتحديد مراكز الخلايا في نقاط داخل الشبكة التي قللت من إمكانات لينارد جونز. تم تطوير هذه الخوارزمية بناءً على أوجه التشابه بين حدود الحبيبات في الأمشاط المعاد بناؤها وحدود الحبوب في الجرافين.

أظهرت نتائج تجارب الباحثين وتوقعات النموذج توافقا كميا. على سبيل المثال ، ترجع العيوب الطوبولوجية (الخلايا ذات أكثر من ستة جيران أو أقل) إلى مجموعة من القيود الهندسية ، ووجد الباحثون ارتباطًا كبيرًا بين كثافة العيوب وزاوية ميل الشبكتين السداسية. مما لا يثير الدهشة ، أن الأخطاء كانت نادرة عندما لم يكن هناك منحدر بين الأقفاص ، وكان النحل يصنع بانتظام سداسيات منتظمة لربطها.

أظهر الاتساق بين التجارب والمحاكاة أيضًا قيمة استخدام أدوات التصوير البلوري لفهم الهياكل الكروية لقرص العسل الناتجة عن التفاعل المحلي بين الخلايا وبيئتها.

المصدر: physicstoday.scitation.org/do/10.1063/PT.6.1.20221201a/

Günceleme: 02/12/2022 21:57

إعلانات مماثلة

كن أول من يعلق

Yorumunuz