交汇点讯 春天苏醒的熊蜂蜂王，在第一批工蜂羽化后便不再外出觅食，转而专注产卵和巢内活动。这一看似“偷懒”的行为，长期以来困扰着科研人员。近期，中国科学院南京地质古生物研究所王博研究员与中山大学吴嘉宁教授、北京理工大学赵杰亮教授联合团队的跨学科研究，终于揭开了背后的物理奥秘——这并非蜂王懈怠，而是舌头微结构的细微偏差，在流体力学规律下导致采蜜效率低下的必然选择。该研究成果发表于《美国科学院院刊》（PNAS），为理解社会性昆虫劳动分工提供了全新视角。
在实验室中取食人工花蜜的熊蜂工蜂（左）和蜂王（右）
作为半社会性昆虫，熊蜂处于独居到真社会性的过渡阶段，蜂王与工蜂除体型外几乎无明显形态差异。过去，科研人员多从环境、生理或分子机制解释其觅食分工，但联合团队独辟蹊径，从流体力学、形态学和生态学交叉角度切入。研究发现，熊蜂采蜜的关键工具是其嚼吸式口器中的中唇舌，这根灵活的“舌头”上密布着数千根细小刚毛，采蜜时通过快速往复运动捕获花蜜，而中唇舌长度和刚毛间距这两个微结构参数，直接决定了采蜜效率。
熊蜂采集人工花蜜的显微高速摄影
通过对99只熊蜂（67只工蜂和32只蜂王）的解剖观察，团队发现体型更大的熊蜂拥有更长的中唇舌和更宽的刚毛间距。值得注意的是，蜂王作为群体中体型最大、社会等级最高的个体，其刚毛间距几乎固定在40—50微米，与体型大小无关；而工蜂的刚毛间距则随体型在15—45微米间灵活变化。为验证这一差异的影响，研究人员配置不同含糖量的蔗糖溶液模拟自然花蜜，注入玻璃毛细管模拟花冠环境，并用显微高速摄影技术记录采蜜过程。
结果显示，随着体型增大，熊蜂单次往复摄入的花蜜体积虽有上升，但远不及中唇舌内部可用空间的增长速度。即便蜂王与工蜂体型相当，其更宽的刚毛间距也导致花蜜填充率显著低于工蜂。“体型越大、刚毛间距越宽的熊蜂，越难有效利用中唇舌空间储存花蜜。”论文第一作者黄泽翔解释道，这就像海绵的孔隙越大，吸水能力反而越弱。
中唇舌的扫描电镜图像和示意图
进一步的流体力学分析揭示了背后的物理机制：中唇舌回撤时，相邻刚毛会形成弯曲的气液界面，产生额外的毛细压力梯度以增强黏性花蜜的夹带。但当刚毛间距变宽或中唇舌长度增加时，这种液体承载能力会下降。团队引入邦德数和毛细数来衡量重力、毛细力与黏性力的相互作用，发现要实现高效采蜜，这两个无量纲数需满足特定标度关系。而受中唇舌结构生长限制，体型较大的熊蜂无法维持最优标度关系，重力逐渐占据主导，导致花蜜填充率降低。
美国佐治亚理工学院生物物理学家Saad Bhamla教授评价，该研究凸显了蜜蜂舌头毛刷状微观结构的重要性，为预测不同蜜蜂采集不同浓度花蜜的能力提供了关键线索，对授粉昆虫选育和规模化授粉管理具有参考价值。
这项跨学科研究不仅为“蜂王为何停止觅食”提供了物理解答，还将蜂-花关系的研究从单纯的几何尺度匹配，推进到口器微结构与花蜜物理性质的物理尺度匹配层面，并建立了可预测觅食行为表现的理论框架。在工程应用方面，该发现还能为仿生界面与液体输运系统设计提供启发，助力研发更高效的微量液体样本采集与检测工具。该研究得到了国家自然科学基金的资助。
新华日报·交汇点记者 张宣
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