Построение моделей особей медоносных пчёл
и их информационных связей жизнедеятельности © Ю.Н.Третьяков

2.4 Звуки и слух пчел

2.4.1 Краткие исторические сведения исследования звука и слуха пчел

Об органах слуха медоносных пчел стало известно совсем недавно с появлением высокочувствительной электронной аппаратуры. В прямом смысле, как у человека и у других животных, такого органа слуха, как ухо, у пчел нет.

Долгое время экспериментально не удавалось доказать наличие слуха у пчел вплоть до нашего времени, но издаваемые пчелами звуки и способность их воспринимать их было замечено очень давно. Ещё в первом тысячелетии до новой эры жители древней Ассирии, добывая мед и воск, исключительно умело, можно сказать искусно, обращались с пчелами. Ассириянам был известен какой-то звуковой «секрет», позволявший им иметь власть над пчелиной семьей. Используя свой секрет, они могли как выманить семью пчел из дупла (улья), так и снова её направить в дупло.

В 70 – 19 годах до новой эры знаменитый римский поэт и пчеловод Вергилий писал, что, играя на цимбалах (струнный инструмент), можно посадить рой по желанию. Однако, эти знания власти над пчелами в ходе времени затерялись.

В нашу эру знаменитый историк Павел Иовий Новокамский в 1526 году писал, что население, которое занималось бортничеством, для ограбления роев использовало медный звон. На медный звон привлекали пчел, так как пчелы лучше других звуков слышали металлический звон меди.

Впервые знаменитый швейцарский пчеловод, слепой Франсуа Губер в 1792 году обратил внимание на своеобразную реакцию пчел на некоторые звуки, от которых они как бы «замирали» на соте, оставаясь неподвижными в течение всего времени, пока длились подаваемые звуки.

Замирание пчел на характерные резкие звуки наблюдал и Буттель-Репен (1915) в наблюдательном улье тогда, когда он влажным пальцем проводил по стеклу.

В 1925 году немецкий ученый К. Фриш, уроженец из Австрии, пытался установить -- могут ли различные звуки привлекать пчел, издаваемые вблизи кормушек. Позади кормушек с медом или сахарным сиропом ученый помещал электрический камертон, дающий звуки разной высоты. Однако, все воспроизводимые звуки на пчел никакого влияния не оказывали; они одинаково хорошо находили кормушки, как сопровождаемые, так и не сопровождаемые звуками.

Отсутствие высокочувствительной аппаратуры в то время не позволяло изучить восприятие звуков, как пчелой, так и семьей пчел. Только с появлением высокочувствительных микрофонов, точных звуковых анализаторов и звуковых генераторов, вновь стало возможным более успешно провести изучение звуков, издаваемых и воспринимаемых пчелами.

Всем нам давно известно, что пчелы в улье в спокойном состоянии всегда издают тихий равномерный гул, а при постукивании по улью, они отвечают усилением гула. Совсем другой гул возникает в семье пчел, при отборе или потери их матки (безматочный гул). Пчелы издают звуки и во время мобилизационного танца. Если танец пчелы не сопровождается звуком, то они не оказывают мобилизующего действия на летных пчел находящихся в улье. Пчелы при подготовке нападения, для ужаления, издают своеобразные звуки, приводящие других пчел в раздражение к атаке на противника (врага).

Находясь в зимовнике в период зимы, можно наблюдать факты, указывающие способность пчел воспроизводить и улавливать звуки. Например, образовавшийся повышенный гул одной из находящихся в зимовнике семей, вскоре вызывает повышение шума и в других рядом расположенных семьях. Пение маток также убеждает нас в способности пчел воспринимать звуки.

В роящейся семье матка не издает звуков до тех пор, пока она одна в улье, и только с появлением еще других молодых маток между ними начинается перекличка. Следовательно, звуки играют определенную роль в жизни семьи пчел.

Звуки, издаваемые пчелами, во время полета изучал Хансен (1958-1959). В своих исследованиях он определял звуковой тон летящей пчелы электрометрическим методом, а затем с помощью катоднолучевого осциллографа определял число ударов крыльев, которому соответствовал данный тон. В его опытах прилетающая в улей пчела издавала звук, соответствующий 250 колебанием крыльев в секунду (Гц); вылетающая пчела издавала звук 237 Гц. При возвращении пчелы в улей с наличием 10%-ной концентрации сахарного сиропа, частота колебаний крыльев составляла 249 Гц, а с сиропом 30%-ной концентрации – 252 Гц. Если пчеле сопутствовал обильный взяток, число колебаний крыльев достигало 274 в секунду. При случаях раздражения пчел, и пытающихся жалить, они издавали более высокий звук – соответствующий 285 Гц. Вентилирующие у летка пчелы совершали 216 колебаний в секунду.

Плодная матка во время полета издает звук соответствующий 226 Гц, неплодная 253 Гц, трутень в полете – 207 Гц.

Интересно отметить о пении маток во время роевого состояния. В роевой период в улье можно различить два типа звуков – более тонкий протяжный (ТИИТ) и глухой, более низкого тона (КВЕЕК). Первый звук издает молодая матка, только что вышедшая из своего маточника; второй звук – одна или нескольких маток, которые полностью развились, но находятся еще в маточниках. Звуки издаваемыми матками, могут быть настолько сильными, что свободно слышны человеком, даже на расстоянии нескольких шагов от улья.

А. Хансен (1958 – 1959) установил, что протяжный звук вышедших из маточника маток соответствует 493 герцам (колебаниям в секунду), звук маток в маточниках – 323 Гц. Короткие и отрывистые звуки поющей матки в маточнике он записывал и воспроизводил с помощью звукового генератора. На эти звуки он получил ответные звуки матки находящейся на соте в улье. Из полученных ответов автор предположил, что перекличка маток во время роения имеет для пчел биологическое значение. Развившиеся в маточниках матки первыми издают звуки. Если в ответ на свои звуки они не слышат звуков свободных от маточников маток, то матки выходит из маточников.

Позднее А.М. Уэннер (1962) повторил опыт Хансена и пришел к выводу, что звуки воспринимаются маткой благодаря колебаниям субстрата (сотов) на котором она находится. Во время пения матка останавливается на соте, прижимается к нему нижней поверхностью своего тела и совершает едва заметные движения крыльями в горизонтальном направлении. Однако само движение крыльев звуков не воспроизводит, а только повышает силу звучания. Достаточно дотронутся до крыльев поющей матки, как сила звука лишь слегка изменяется и он станет менее чистым.

По мнению Е.В. Вудса (1958), матка издает звуки воздушной струей, выходящей из дыхалец, которые расположены на груди и брюшке. Сила сжатия брюшка при дыхании неплодной матки или матки в период роения достаточна, чтобы издать звук в 2 милливольта. Яйцекладущая матка не может дать достаточно сильную струю воздуха из-за развитых яичников, потому что они сокращают объем воздуха воздушных мешков.

Н.Эш (1961) и А.М. Уэннер (1962) установили, что мобилизационные танцы пчел сопровождаются звуками. Если наблюдательный улей поместить в помещение (с выходом для пчел через отверстие в окне), где нет посторонних звуков. Взять один конец мягкой резиновой трубки и вставить в ухо, а другой приблизить к крыльям танцующей пчелы, то сила звука при замерах будет равна 70-80 децибелам. Например, ухо человека слышит силу удара капли воды в 20 децибел, наша речь в 40 децибел, звук движущей легковой машины в 60 децибел, а силу оркестра в концертном зале 80 децибел.

Основные частоты музыкальных инструментов и человеческих голосов не выходят за пределы 40 – 8000 Гц. У пчел, звук с частотой 200 Гц (по Уэннеру) и 250 Гц (по Эши) возникает только во время прямого пробега пчелы при виляющем танце. А при подготовке семьи к роению общий гул может достичь высоты 300 герц (Е.Ф. Вудс, 1959).

Следовательно, пчелы издают звуки довольно широкого диапазона. Естественно, что для восприятия всех этих звуков у пчелы должны быть органы разного устройства.

Механизм воспроизведения звуков пчелами пока еще не имеет полного убедительного объяснения. По этому вопросу учеными были выдвинуты в основном две теории: дыхательная и вибрационная. Согласно первой теории, пчелы издают звуки с помощью управления процессом запирания дыхалец. Ландауер, Харриз, Вудс и др. полагают, что звук производится с помощью стигм, которые вибрируют в момент вдыхания и выдыхания воздуха.

Дыхательная теория может быть поставлена под сомнение по целому ряду соображений в сравнении с музыкальными инструментами:

1. Дыхальца не могут издавать звук по принципу язычковых музыкальных инструментов из-за недостаточности давления в дыхательной системе насекомых;
2. Отсутствует синхронность между периодами звучания и дыхательными движениями;
3. Блокировка т.е. закрытие всех дыхалец (кроме первых двух) не вызывает прекращения пения пчелиной матки;
4. Частота звука не изменяется в случае замены азота воздуха гелием.

Сторонники вибрационной теории указывали на то, что звук возникает в следствии вибрации хитиновых частей тела насекомых. Так, Я. Калинский (1890) предполагал, что матка, находящаяся в запечатанном маточнике, издает звук с помощью мандибул (верхних челюстей). Снодграс и Хансон считали, что пение маток есть результат вибрации крыльев. Белезме и Симпсон выдвинули предположение, что звук производится вибрацией элементов груди под действием крыловой мускулатуры. Симпсон при этом полагал, что усиление этого звука происходит за счет вибрации субстрата, на котором находится пчела.

Основные положения вибрационной, как и дыхательной теории не имеют экспериментального подтверждения. В частности, предположение о том, что матка поёт с помощью крыльев, опровергается тем, что ампутация крыльев не мешает их способности петь. Результаты опытов Дж. Симпсона (1964) с заклеиванием дыхалец так же не обладают достаточным подтверждением для дыхательной теории. Более того, эти данные с заклеиванием первой пары мезотораксальных дыхалец, вызывающих прекращение «пения» маток, может быть истолковано в пользу дыхательной теории. Таким образом, на основе имеющихся данных нельзя поддержать ни дыхательную, ни вибрационную теорию.

В связи с этими данными Е. К. Еськов, будучи еще, кандидатом биологических наук в Институте Пчеловодства с 1969 до 1990 года, провел на пчелах ряд исследований, чтобы понять каким механизмом пчелы издают звук.

Механизм издавания звуков пчелой, в работе Е.К. Еськова основан на вибрации хитиновых элементов груди под действием крыловой мускулатуры непрямого действия. Звуки усиливаются крыльями, роль которых в этом процессе сравнима с ролью диффузора. Роль крыла, как диффузора, объясняется тем, что по мере укорачивания пластин крыльев происходит ослабление и изменение частотных характеристик звуков издаваемые пчелами. По мере уменьшения площади диффузора происходит большее усиление высокочастотных составляющих. Следовательно, величина крыла влияет на спектральную характеристику и громкость издаваемых пчелами звуков.

Во всех случаях укорачивание и ампутация крыльев ослабляет звуки, производимые пчелами.

Совпадение частоты взмахов крыла с частотой пульсирующих звуков в мобилизационных танцах, подтверждает о преимущественной роли продольных мышц в производстве звуков. Несостоятельность дыхательной теории подтверждается ампутацией брюшка, так как ампутация брюшка нарушает процесс дыхания, что сразу же отражается на изменении характеристик звуков.

Прекращение «пения» маток в результате заклеивания первой пары дыхалец на тораксе утверждает о дыхательной теории, но, заклеивая дыхальца, исследователи связывали подвижно соединенные сегменты груди. Прекратить воспроизводство звука можно не прибегая к блокированию первой пары дыхалец. Для этого достаточно каплей клея скрепить на груди, у основания крыльев, подвижные сочленённые сегменты. Таким образом, эти данные опровергают дыхательную теорию и подтверждают производство звуков способом вибрации.