「牠」比人類更懂團隊合作?生存 3000 萬年的選址專家,蜜蜂用搖擺舞選擇完美家園——《跟達爾文學投資》
搖擺舞的祕密:蜜蜂如何用舞步傳遞築巢地點?
蜜蜂已經存續 3000 萬年。牠們經歷了多個冰河時代、數以千計的環境災難、大大小小源源不斷的掠食者,以及地球歷史上最具破壞性生物的到來:人類。
蜜蜂一生中最重要的決定,就是選擇牠們的家。我稱之為「決定」,因為這就是個決定:這似乎遵循一個過程,可能需要數小時甚至數天,而蜂群中的每隻蜜蜂似乎都有發言權。不同於進食、交配或戰鬥,對蜜蜂來說,選擇一個家,似乎是一個刻意又「深思熟慮」的過程。
蜜蜂是高度社會性的生物,生活在數以千計的蜂群中,彼此之間距離非常靠近。蜂巢裡通常有一個由工蜂餵養和保護的女王蜂,這些工蜂全都是不育的雌蜂 。一個蜂群通常在冬季結束時分裂成幾個蜂群(swarm)。每一個蜂群都需要找到一個新家來建造蜂巢,扶養工蜂幼蟲,並為下一個冬天建造儲藏蜂蜜的蜂房。
因此,當蜜蜂創造一個新的蜂群時,牠們最重要的任務是找到合適的築巢地點以建立蜂巢。牠們的家需要一個空腔體積,來容納足夠的蜂蜜以度過整個冬天。此外,入口需要離地面夠高,以防止地面上的掠食者瞄準蜜蜂。入口也應該很小,以確保隱蔽性和溫暖,以便蜂巢免受極端強風等惡劣天氣因素的影響。
那麼,蜜蜂如何選擇建蜂巢的地方?牠們會跳舞。
假設各位決定研究蜜蜂如何選擇築巢地點,那麼將會觀察到這樣的情形。當來自母蜂群的蜜蜂分裂成一小群時,幾十名偵察員會朝向不同的方向飛去,查看方圓5公里內適合的築巢地點。當偵察員遇到一個吸引牠的地點時,牠會回到蜂群並表演搖擺舞,向姊妹們傳達該地點的距離、方向和品質(雄蜂是懶惰鬼,牠們不做任何事;牠們唯一的工作就是使女王受孕)。舞蹈的持續時間與到新地點的距離成正比,蜜蜂搖擺的角度代表牠們相對於太陽向外飛行的角度,搖擺的強度(舞蹈次數)表示新地點的品質。
由於偵察兵已經飛越了一大片區域,所以牠們會向蜂巢夥伴宣傳許多相距甚遠的地點。蜂群中的蜜蜂跟隨各種偵察員的腳步,檢查廣泛分散的地點,然後返回蜂群進行搖擺舞。
因此一開始,偵察員會宣傳幾個可能的築巢地點,似乎試圖將牠們的同伴招募到每個選定的地點,這看起來是一個相當混亂的場景。然而,幾個小時或幾天後,所有蜜蜂都開始跳舞,只支持一個地點。一旦達成共識,蜂群就會飛到選定的位置。但是,其實蜂群是沒有領袖的(女王蜂只是一部繁殖機器,完全依賴工蜂提供食物和福利)。因此,我們會得出一個(正確的)結論,築巢地點的選擇是由所有蜜蜂參與的民主過程完成的。
一旦觀察到這種現象,各位可能會問以下一些問題:這種幾乎百分之百共識的民主過程,是如何運作的?
Close-up of one Bee on a sunflower
從混亂到共識:蜂群如何民主選擇完美地點
正如我之前提到的,蜜蜂需要選擇一個高品質的地點來確保牠們的生存。但不明顯的是,如果牠們可以有多個高品質的地點供選擇,牠們幾乎總會選出一個最好的地點。這些挑剔的蜜蜂不會接受「夠好」的選項。當科學家在蜜蜂的飛行範圍內,人為創造一些良好的築巢地點時,他們發現蜜蜂幾乎總是聚集在最好的地點。更令人驚訝的是,蜜蜂很少先找到最佳築巢地點;但一段時間過後,即使蜜蜂發現最佳地點的時間比其他稍差的地點晚得多,最終還是會達成共識選擇最佳地點。
研究人員已經證明,蜜蜂在評估築巢地點的品質方面有著絕對的標準。牠們搖擺舞的活力轉化為跳舞的次數,代表特定場地的品質。蜜蜂需要 15 分鐘到 1 小時來評估一個潛在的地點。牠會檢查空腔的外部,並花很多時間在裡面四處走動和短途飛行。如果蜜蜂在第一次檢查時發現築巢地點很理想,就會回到蜂群中,用搖擺舞來宣傳該地點。如果另一隻蜜蜂跟著牠來到這個地方,當這隻蜜蜂回到蜂群時,她會跳(持續時間和強度)幾乎完全相同的搖擺舞。蜜蜂有一個評估巢穴品質的通用標準。
所有蜜蜂在選擇築巢地點時,都有一致的興趣。牠們的共識是經過一段時間才建立的,因此,最後所有蜜蜂都只支持一個地點,而這幾乎總是最好的地點。但是,共識是如何達成的?
最初,科學家們假設蜜蜂偵察員將舊巢的地點與新地點(其他跳舞的偵察員把牠找來新地點)進行比較。如果她發現新地點的品質比較高,就會不再支持舊的地點,並更積極地跳舞以表示對新地點的肯定,但事實證明這是錯的。大多數蜜蜂只會前往一個築巢地點,很少有蜜蜂會前往 2 個以上的地點。
Close up view of the working bees on honey cells
湯瑪斯.西利(Thomas Seeley)和其他人的艱苦研究揭示了建立共識過程背後的奧祕,只有兩個要素。首先,正如我們已經知道的,蜜蜂會為了一個品質更好的地點而跳更多舞;第二,蜂群中的蜜蜂會隨機跟著在跳舞的蜜蜂,以探索新的地點。
但是,這兩個簡單的行動如何導致對最佳地點近乎百分之百的共識?
簡單卻高效:蜜蜂如何以數學模型找到最佳家園
假設有3名偵察員,牠們評估 3 個可能的新築巢地點— A、B 和 C —品質各不相同。假設地點 A 是最好的,地點 C 是最差的。在評估了地點 A 之後,第一個偵察員返回蜂群並跳了 20 次舞。第二個偵察員評估地點 B 並跳了 10 次舞。最後,第三名偵察員在評估地點 C 後,只跳了 5 次。
讓我們假設蜂群中有 100 隻蜜蜂在等待牠們的偵察姊妹回來。請記住,牠們會隨機跟隨任何一隻跳舞的蜜蜂,然後去探索令這隻蜜蜂興奮的地方。由於第一隻蜜蜂的舞蹈占了 57%(20 ÷ 35),因此蜂群中的 100 隻蜜蜂有 57 隻會跟著第一隻蜜蜂。按照同樣的邏輯,29 隻蜜蜂會去評估地點 B,只有 14 隻蜜蜂會評估地點C。當這 100 隻蜜蜂回到蜂群時,會發生什麼事?
來自地點 A 的 57 隻蜜蜂每隻跳 20 支舞=1140 支舞
來自地點 B 的 29 隻蜜蜂每隻跳10支舞=290 支舞
來自地點 C 的 14 隻蜜蜂每隻跳 5 支舞=70 支舞
因此,地點 A 現在貢獻了蜜蜂表演的舞蹈循環總數的 76%(1140÷1500),而第一輪為 57%。在下一輪中,蜜蜂隨機跟著任何一隻跳舞的姊妹。因此 76% 的等待蜜蜂會去探索地點 A。
如果這個過程繼續下去,就會發現對最佳地點 A 的應援將繼續暴增—在第三輪中,按照同樣的邏輯,對地點 A 的支持度將增加到 88% —直到幾乎所有蜜蜂都只支持地點 A 為止。
各位是否像我第一次讀到這個過程時一樣感到目瞪口呆?大家了解這是什麼情況嗎?蜜蜂要做出一個非常複雜且充滿挑戰的決定。但牠們卻利用一個非常簡單的過程:為一個更好的地點而更加努力地跳舞,並隨機跟著一隻跳舞的姊妹。就是這樣