Несмотря на взаимозависимость пчёл и цветущих растений, некоторые виды флоры не спешат делиться пыльцой безвозмездно. Чтобы добыть её, пчеле требуется добиться определённой частоты колебаний тычинки, обеспечивающей попадание пыльцы в лапки насекомого и предотвращающей её удержание внутри цветка.

Основная функция пчёл выходит далеко за рамки производства мёда – это опыление растений. В процессе сбора пыльцы для последующей переработки в улье в высокобелковый корм, пчёлы переносят половые клетки с одного цветка на другой, тем самым способствуя размножению растительной жизни.

Не во всех растениях пыльца находится в открытом доступе – многие виды прячут её. Для извлечения пыльцы необходимо вызвать колебания тычинок. Пчёлы для этого могут прикусывать цветок или плотно к нему прижиматься, используя свои летательные мышцы для создания вибрации, высвобождающей пыльцу из труднодоступного места.

Этот процесс получил название «вибрационное опыление». Он представляет собой сложную механическую задачу как для пчелы, так и для цветка. Исследователи из Венского технического университета ( TU Wien) провели исследование, посвященное изучению реакции тычинок сложной формы на вибрации, создаваемые пчелами. Работа посвящена этому вопросу, опубликована в Journal of the Royal Society Interface.

Выяснилось, что высвобождение пыльцы зависит не только от скорости и интенсивности колебаний цветка пчелой, но и от характера относительного движения его частей. Ранее биомеханические исследования осуществлялись на растениях семейства Паслен (Solanum), включающего в себя томаты, картофель и баклажаны. Их тычинки имеют довольно прямую структуру и обладают высокой жесткостью, что делает их конструкцию простой с механической точки зрения.

В рамках нового исследования ученые изучили особенности поведения тычинок тропического растения Мединилла великолепная ( Medinilla magnifica). У рассматриваемого цветка тычинка имеет сложную структуру: она состоит из тонкой тычиночной нити и сильно изогнутого пыльника, соединенных между собой. Пыльца высвобождается через отверстие на конце пыльника.

«На определенных частотах различные части составного объекта демонстрируют согласованное движение, в то время как на других – наблюдается противоположное направление движения. Именно такой эффект был зафиксирован при изучении тычинок тропического растения» Medinilla magnifica. «При воздействии на них вибраций различной частоты наблюдаются совершенно разные реакции», — отметил Сиян Чжоу, ведущий автор научной работы ( Siyang Zhou) из Института мехатроники и силовой электроники (MPEI).

Для изучения поведения этих тычинок под действием вибраций с различными характеристиками была разработана электромеханическая вибростенд. В ходе эксперимента исследователи фиксировали отдельные тычинки на стенде и использовали лазер измерялихарактеристики их перемещения. С помощью данной методики исследователи проанализировали как величину, так и фазу колебаний компонентов тычинки.

В результате выяснилось, что у тычинки Medinilla magnifica существует три резонанса в диапазоне частот, не превышающих 1000 герц. Во время резонанса происходит максимальное перемещение отдельных частей тычинки, что способствует высвобождению пыльцы. На первом резонансе, достигающем примерно 87 герц, тычинка совершает движение как единое целое и изгибается.

Второй резонанс, возникающий на частоте 273 герц, приводит к более интенсивному изгибу тычинки. Эта частота находится в пределах диапазона жужжания пчел, составляющего от 100 до 400 герц. Установлено, что для привлечения насекомых не требуется точное соответствие частоте; достаточно находиться в определенном диапазоне, поскольку деформация тычинки по-прежнему способствует высвобождению пыльцы. Масса пчелы оказывает влияние на механические характеристики системы, поэтому значение 273 герц является приблизительным. На более высоких частотах, превышающих второй резонанс, отдельные части тычинки двигались в противоположных направлениях, что может способствовать освобождению пыльцы.

Пчелы демонстрируют значительные различия в габаритах, но все же способны опылятьпосещают один и тот же цветок, а следовательно, им не требуется точная настройка частоты вибрации. Результаты исследования подтверждают взаимодействие пчел и цветов. эволюционировали совместно, в том числе и на уровне механики.