Динамика полета пчелы

Динамика полета пчелы

Существуют три метода изучения движений крыла при полете. К крылу закрепленного насекомого приклеивают кусочек фольги или другого блестящего материала и во время взмахов крыльями производят скоростную или сверхскоростную (до 20—30 тыс. кадров в секунду) киносъемку. Более точные данные дают такие же опыты в аэродинамической трубе, создающей токи воздуха, соответствующие токам при свободном полете. И наконец, частоту взмахов крыла определяют по высоте звука, издаваемого крыльями во время полета насекомого.

У насекомых встречается полет парашютный, планирующий и гребной. Для пчел характерен гребной полет, совершаемый при помощи непрерывных ритмических ударов крыльями. Как показали исследования, во время полета пчелы крыло совершает одновременно три движения: 1) подъем и опускание; 2) движение вперед и назад относительно тела и 3) изменения наклона плоскости крыла. Одновременно крыло подвергается «скручиванию» под влиянием сил инерции и токов воздуха, возникающих при полете.

Пчелы приспособлены к весьма совершенному полету. Они продвигаются в воздухе вперед, назад, вбок и способны висеть на одном месте («стоячий полет»).

У закрепленной пчелы кончик крыла во время взмаха описывает фигуру, напоминающую цифру 8- При этом ось восьмерки наклонена по отношению к длине тела так, что верхний конец оси отведен назад, а нижний вперед.

Восемь основных положений правого крыла летящей пчелы (вид сзади и вид сверху); задняя поверхность крыла заштрихована.

Перемещение крыла относительно тела пчелы представлено на рисунке выше (по Маньяну, 1934). На нем показано восемь основных положений крыла. В I положении крыло поднято вверх до предела, но отведено несколько назад, а верхняя поверхность немного повернута вперед. Во II положении — началось опускание крыла (поперечное качание); плоскость его слегка изменилась. В III положении крыло легло почти горизонтально. В IV положении конец крыла опускается ниже брюшной поверхности тела и продвигается далеко вперед, а все крыло начинает поворачиваться вокруг продольной оси, задний край его опускается. В V положении крыло уходит вперед до предела, а одновременное поворачивание вокруг продольной оси резко изменяет плоскость крыла. Пятым положением заканчивается опускание крыла и его отведение вперед. В VI положении крыло начинает отводиться назад, его плоскость еще больше поворачивается задним краем вперед. В VII положении крыло еще отведено назад и его передний край перпендикулярен продольной оси тела, в то же время конец крыла несколько поднимается вверх. Наконец, в VIII положении конец крыла уходит далеко вверх и назад. Продолжение этого движения возвращает крыло в первоначальное положение.

Перечисленные изменения в положении крыла достигаются совместным действием трех групп мышц. Напомним, что крыло имеет точку опоры на головке плейрального столбика. Если сокращаются мускулы скелетно-мы-шечного аппарата непрямого действия, то конец крыла движется вверх и вниз по дуге (поперечное качание). Ось этого качания проходит поперек сочленовной области крыла. Если поочередно сокращаются мышцы, идущие от базаларных и субаларных пластинок (мышцы прямого действия), то произойдет качание крыла: при сокращении базаларных мышц костальный край опускается, а задний поднимается; при сокращении субаларных мышц, наоборот, костальный край поднимается, а задний опускается. Третье движение крыла — фронтальное, при котором конец крыла отводится то вперед, то назад относительно тела — достигается соответствующим перемещением аксиллярных пластинок в сочленовной мембране.

Когда крыло переходит от I положения к IV, то оно ударяет главным образом сверху вниз. При таком ударе крыла достигается элеваторный (подъемный) эффект. Вызывается он сокращением мощных спинных продольных мышц. При этом плоскость крыла (рабочая поверхность) перпендикулярна направлению его движения, что обеспечивает наибольшую подъемную силу.

При переходе от IV положения к V крыло поворачивается и, пройдя вертикальное положение, обращается нижним краем вперед и далее начинает подниматься вверх. Переходя от VI к VIII положению, крыло ударяет уже задней плоскостью спереди назад. При таком движении тело насекомого перемещается в обратном направлении — вперед. Это движение крыла дает пропеллирующий (поступательный) эффект. Удар спереди назад снова производится всей плоскостью крыла.

Во время полета пчелы элеваторные удары чередуются с пропеллирующими. Удары следуют с большой частотой один за другим, в результате чего эффекты ударов суммируются и получается непрерывное поддержание тела пчелы в воздухе и плавное продвижение его вперед. Поддержание тела в воздухе обеспечивается нижней поверхностью, а поступательное движение — верхней поверхностью крыла. Крыло в сущности одним полным взмахом и поддерживает тело в воздухе, и придает ему поступательное движение.

Под влиянием взмахов крыльев возникают токи воздуха. У закрепленной пчелы токи воздуха направлены главным образом назад и вниз; в этих местах создаются участки с отрицательным давлением и, следовательно, свободная пчела будет перемещаться вперед и вверх. Эти данные подтверждают описанную выше схему работы крыла.

Регуляция полета осуществляется изменением силы элеваторного и пропеллирующего ударов. У пчелы, несущей в улей груз (нектар или пыльцу), элеваторный удар будет значительно большим, чем у пчелы, летящей порожняком. Изменение силы элеваторных и пропеллирующих ударов позволяет пчеле лететь по наклонным линиям вверх и вниз. Повороты вправо и влево возникают при изменении силы мышц правой и левой сторон груди. Для стоячего полета достаточно одного элеваторного эффекта, Маньян (1934) показал, что при таком полете крыло, опускаясь вниз, поворачивается на 90° (костальным краем кверху) и в таком положении возвращается наверх. Про-пеллирующий удар вовсе отсутствует, и насекомое под влиянием только элеваторного удара держится в воздухе на одном месте.

Г. Гербет и К. Фрейнд (1962) изучали динамику движения крыльев пчел, вентилирующих улей или распространяющих запах насоновой железы. Авторы^ выяснили, что крылья у таких пчел колеблются от 85 до 235 раз в секунду, чаще всего около 180 (меньше, чем при полете). В. Нейхауз и Р. Вильгельм (1960) нашли, что колебания крыльев вентилирующих пчел составляют 118 раз в секунду (при полете 183 раза). В основном вентилируют летные пчелы старше 21 дня. Пчелы поднимают крылья с большей скоростью, чем опускают; скорость движения вершины крыла при подъеме составляла 12,1 м/сек, а при опускании 8,1 м/сек. Подъем крыла, таким образом, производится с большей силой, а это движение дает пропеллирующий эффект, в результате которого создается ток воздуха назад (от головы к брюшку). Одновременно изменяется угол наклона плоскости крыла так, что увеличивается пропеллирующий эффект и сводится к минимуму элеваторный.

Число взмахов у пчелы, летящей с грузом, достигает 250—300 в секунду (домашняя муха — 300 взмахов, мошки—до 1000 взмахов).