如果你曾经在炎热的夏天走过一个蜜蜂窝，你可能会过于专注而避免被咬，而不是停下来想这些蜜蜂是如何保持凉爽的。别担心，哈佛大学的科学家冒着生命危险向你提问并回答这个问题。
蜜蜂生活在又大又拥挤的巢里，通常是在有狭窄开口的树洞里。当巢里变热时，一群蜜蜂爬到入口处，用它们的翅膀作为风扇来吸入热空气，让冷空气进来。问题是，蜜蜂如何将自己组织成这些活的通风设备？
哈佛大学约翰保尔森工程与应用科学学院(SEAS)和有机与进化生物学系(OEB)的研究人员开发了一个框架来解释蜜蜂如何利用环境信号来集中并持续给蜂巢通风。
“几千年来，像蜜蜂这样的群居昆虫已经发展到利用流量和力量，集体解决生理问题，比如机械稳定性、温度调节和通风，比个体大得多，”瓦尔平应用数学教授L马哈德文说。物理学，有机和进化生物学，以及这项研究的资深作者。“测量和计算模型的结合量化并解释了风扇蜂如何创造一种新的大规模流动模式来为它们的巢穴通风。”
“我们已经证明，蜜蜂不需要复杂的招募或交流计划来保持它们的巢穴凉爽，”雅各布皮特斯说，他是SEAS和OEB的博士后研究员，也是这篇论文的第一作者。“相反，个体蜜蜂对温度变化的扇形反应和流体流动的物理特性导致了它们的集体空间组织，这恰恰导致了有效的冷却解决方案。”
这篇论文发表在皇家学会的界面杂志上。
实验始于2017年夏天的狗日。在几周内，彼得斯、马哈德万和塞索洛里特皮莱格的前博士后研究人员在哈佛大学康科德菲尔德站监测了一组人工蜂箱。
研究小组测量了温度、进出巢的空气流量以及扇蜂在巢入口处的位置和密度。他们观察到，蜜蜂并没有在整个巢穴入口扩散，而是聚集在最热的区域，并将空气流出量最高的区域与空气流入量最大的较冷区域隔离开来。重要的是，他们发现不同的蜜蜂有不同的温度阈值，超过这个阈值它们就开始散开，所以它们通常对温度变化的反应更好。
当对系统建模时，研究人员发现所有这些行为都与巢穴的环境物理有关。向外的风扇可以让蜜蜂感知上游的巢温；不同的温度阈值允许更连续的通风和更稳定的蜂窝温度；此外，由于摩擦和流动的物理特性，流出物被聚集以分离流出物，并允许更多的冷空气进入巢穴。
“我们的研究展示了如何利用物理环境的动力学来实现生理过程的大规模组织，”该论文的合著者、现为科罗拉多大学博尔德分校助理教授的皮莱格说。
彼得斯说：“虽然这是一个以物理学为中心的故事，但具有遗传和进化根源的生物变异可能在这个系统中发挥重要作用。”“我们的理论认为，不仅温度阈值的个体差异导致蜂窝温度更稳定，而且这种多样性对于有效通风所需的扇形行为模式的稳定性也非常重要。”
彼得斯说：“从大型暖通空调系统到冷却我们计算机的风扇，生物启发的自组织系统可以比现有系统更好地适应和响应特定需求。
Mahadevan说：“更广泛地说，我们的研究再次强调需要考虑生物有机体及其物理环境，以了解集体生态生理学的丰富性，这是生命本身的标志。
这项工作得到了国家科学基金会的支持。
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