Regulacija temperature pri čebelah medaricah
Vsebina
Veliko raziskovalcev se je že ukvarjalo z obnašanjem čebelje gruče pri različnih temperaturah, zato se morda,na prvi pogled, zdi to področje že dokaj dobro raziskano. Le redki čebelarji pa so se zavedali, da temelji bistvo kvalitetnega vzdrževanja temperature na vsaki posamezni čebeli in organizaciji med njimi.
Uvod
Regulacija telesne temperature pri čebelah medaricah
Za kvalitetno vzdrževanje temperature v panju mora biti čebela delavka najprej sposobna zadovoljivo uravnavati svojo lastno temperaturo. To ji uspeva predvsem po zaslugi močnih letalnih mišic, s katerimi proizvede večino potrebne toplote. Čebele, ki zapuščajo panj so največkrat segrete približno do temperature 37{SYMBOL 176 \f "Symbol"}C, nato pa njena temparatura pade na približno 15{SYMBOL 176 \f "Symbol"}C nad temperaturo okoliškega zraka. Če je le ta višja od 15{SYMBOL 176 \f "Symbol"}C, potem delavka z letenjem nima problemov. Če pa okoliška temperatura pade pod 15{SYMBOL 176 \f "Symbol"}C potem čebela ne more vzdrževati telesne temperature nad 30{SYMBOL 176 \f "Symbol"}C, kar je minimu za normalno letenje. Takrat mora, od časa do časa pristati in se, s tresenjem vlaknastih mišic v njenem oprsju, segreti. Take izlete so opazovali celo pri temperaturi 4.5{SYMBOL 176 \f "Symbol"}C, ko so morale čebele vsakih 10 sekund pristati in se ponovno segreti.
Poleg segrevanja, imajo čebele tudi odlično sposobnost hlajenja, ki je med endotermičnimi insekti edinstvena. Hladijo se s pomočjo izhlapevanja vode ( evaporacije) , ki vglavnem poteka skozi glavo.
Regulacija temperature gnezda
Zima je čas največje umrljivosti čebel. Za ta pojav so največ "krive", učinkovite tehnike vzdrževana temperature, ki so jim v hladnejših področjih omogočila preživetje.
Tehnika in kvaliteta regulacije temperature je, v največji meri, odvisna od dveh parametrov. To sta yunanja temperatura in prisotnost ali odsotnost zalege v panju. Naše čebele torej krožijo skozi tri kombinacije teh parametrovČ
1) Poletje - visoka zunanja temperatura, panj z zalego
2) Jesen zima - nizka zunanja temperatura, panj brez zalege
3) Pomlad - nizka zunaja temperatura, panj z zalego
Ko se zunanaj temperatura spusti pod 18{SYMBOL 176 \f "Symbol"}C se čebele začnejo združevati v gručo, pri 14{SYMBOL 176 \f "Symbol"}C pa ta gruča dobi kompaktno lupino. ta lupina je lahko različno debela, vedno pa je proti jedru redkejša in čebelam še dopušča gibanje. temperatura jedra nikoli ne pade pod 13{SYMBOL 176 \f "Symbol"}C ( idealno {SYMBOL 176 \f "Symbol"}C ), temperatura čebel v lupini pa se ne spusti pod 7{SYMBOL 176 \f "Symbol"}C ( idealno {SYMBOL 176 \f "Symbol"}C ) Opazovanje posameznih delavk, nam tudi pokaže, da v zimski gruči niso vse enako aktivne. Posameznicam v jedru temperatura nikoli ne pade pod 18{SYMBOL 176 \f "Symbol"}C, posameznice v lupini pa se ohladijo tudi do 7{SYMBOL 176 \f "Symbol"}C. Te se periodično pomokajo v sredino, kjer pa se segrejejo celo do 37{SYMBOL 176 \f "Symbol"}C
Ob zimskem hranjenju pa je potrebno temperaturo v panju dvigniti na 18{SYMBOL 176 \f "Symbol"}C. Če jim ta manever ne uspe, so pač obsojene na propad.
Pomladi, ko matica zaleže prva jajčeca, pa s v panju začnejo dogajato dramatične spremembe. Kljub ekstremnim zunanjim pogojem, lahko temperatura zalege niha le med 30{SYMBOL 176 \f "Symbol"}C in 35{SYMBOL 176 \f "Symbol"}C. Logično je, da je v tem času poraba medu največja.
Računalniški eksperiment.
Za začetek si postavimo povsem enostavno vprešanje. Ali posamezne čebele sebično skrbijo samo za ohranjanje svoje lastne temperature v okviru idealnih meja, ali pa morda obstaja nekakšno centarlno vodenje, ki ohranja temperaturo gruče na račun posameznih delavk? Odgovor na ta in podobna vprašanja, ki se nanašajo na odnose med rojem in posamezno čebelo, so raziskovalci poskušali najti z računalniško simulacijo.
Najprej so kreirali virtualni panj, ki je odražal, kar največ značilnosti resničnega panja, nato pa so ga napolnili še z virtualnimi čebelami. Te so seveda tudi proizvajale toploto, ki se je prevajala po znanih fizikalnih zakonitostih. Natančneje je simulacija obsegala samo eno režo med dvema satnicama. Virtualen prostor je sestavljala gosta dvodimenzionalna mreža, čebele pa so se lahko premikale po diskretno razporejenih vozliščih te mreže. Pravila premikanja čebel pa so naslednja:
- Čebela se lahko premakne na katerokoli nezasedeno sosednjo točko.
- Vsak časovni interval odda čebela vozlišču, na katerem sedi, točno iyračunano količino toplote.
- Toplota med vozlišči prehaja linearno, v odvisnosti od temperature
- Nobena čebela ne more skozi steno, oziroma satnico.
- Vsako vozlišče ima točno izračunano temperaturo.
- Mirujoče čebela zaustavljajo prevod toplote med vozlišči, gibajoče pa ga s svojim gibanjem povečujejo.
- Temperature stene je fiksna in je enaka temperaturi okolice.
- Temperatura iz notranjosti panja se lahko izgubi kvečjemu skozi stene panja.
Čeprav smo gibanje čebel dobro opisali s prej naštetimi omejitvami, zagotovo nismo definirali vseh parametrov, ki krojijo njihovo obnašanje. Pomemben dejavnik bi lahko bili lahko tudi izločki različnih žlez matice in čebel, morda pa bi morali upoštevatio tudi naključno gibanje čebel. Prav zanimivo bi bilo ugotoviti, kako različnaže omejitve gibanja vplivajo na rezultate simulacije, to pa ni več tema tega poglavja.
V tem primeru smo simulirali samo čebele, ki poskušajo ostati ogrete v okviru idealnih meja. Če je čebela preveč segreta, se poskuša premakniti na hladnejše vozlišče, če pa je preveč hladna, se poskuša premakniti na toplejše voozlišče. V primeru, da je v njeni oklolici več vozlišč z enako temperaturo, pa si naključno izbere enega izmed njih.
V vsakem časovnem intervalu čebela proizvede določeno količino toplote. Toplejše čebele, proizvedejo več toplote kot hladne, kar je mogoče ugotoviti tudi z opazovanjem previh čebel v pravem panju.
V tem razdelku bomo, s pomočjo vizualizacije eksperimenta, natančneje razjasnili nekatere nejasne ideje. Seveda, se moramo vseskozi zavedati, da je simulacijski model le okrnjen približek obnašanja pravih čebel v pravem panju.
Naslednje slike predstavljao mre\o po kateri se ;ebele premikajo (lahko si jo predstavljate kot satnico). Rumene točke predstavljajo čebele, barva ostalega prostora pa je odvisna od temperature točke. (rdeča je najtoplejša)
Pomembni parametri pri tej simulaciji so:
- Temperatura okolice je 180000F
- Najmanjša idealna temperatura čebele je 200000F
- Najvišja idealna temperatura čebele 240000F
- Temperatura okolice po 700 časovnih intervalih začne padati.
Na začetku eksperimenta so čebele naljučno razporejene po satju. Po 150 časovnih intervalih pa se začnejo formirati majhne grupe, v katerih lahko vzdržujejo temperaturo.
| 0 Časovih intervalov |
150 Časovnih intervalov |
 |
 |
Po 450 časovnih intervalih so čebele že ogrele veliko večino panja do temperature, ko se lahko prosto gibljejo po satu. Preveč hladni so samo njegovi robovi. Tekom časa se je segrevanje panja še nadaljevalo, dokler se ni po 550 intervalih jedro segrelo do temperature, ko se čebele niso mogle več zadrževati na tem področju.
| 450 Časovih intervalov |
550 Časovih intervalov |
 |
 |
Počasi se je območje, v katerem so se čebele počutile ugodno, manjšalo in manjšalo. Po 700 časovnih intervalih se je formiral samo še ozek ovir v katerem so pogoji še idealni.
| 600 Steps |
800 Steps |
 |
 |
Iz grafa je moč razbrati, da je povprečna temperatura čebele enaka temperaturi v sredini "idealnega območja". Vidimo tudi lahko, da nobena čebela ni prehreta ali podhlajena. Čebela, ki je najbližje centru (na sliki je označena z oranžno barvo), je sicer precej topla, vendar njena temperaturea ni presegla kritične meje. Tudi čebela na robu sata (označena je z rjavo barvo) je sicer blizu podhaditve, vendar je njena temperatura še vedno nad kritično mejo.
| Temperatura po 700 časovih intervalih |
 |
Po 700 časovnih intervalih je začela temperatura oklolice padati. Obroč čebel se je začel ožati in čebele so se začele približevati ena drugi.
| Po 1250 časovnih intervalih |
Po 1700 časovnih intervalih |
 |
 |
Obroč se je še naprej ožal in postajal po sredini vse bolj vroč. Čebela v sredini obroča je postajalo prevroče, zato so se začeče premikati proti centru, kjer so se še nahajala hladnejša področja.
| Po 2100 časovnih intervalih |
Po 2500 časovnih intervalih |
 |
 |
Kot je videti s slik, se je z večanjem kompaktnosti obroča, večala tako srednja temperatura jedra, kot tudi temperatura čebel v jedru. Te čebele so sedaj bolj tople, kot bi jim vstrezalo.
| Temperatura 3500 časovnih intervalih |
 |
Po 2750 intervalih jedro sata še ni segreto do meje, ko bi vanj nehake prihajati čebele iz obroča, ki tu še vedno iščejo hladnejša področja. Šele po 3200 intervalih se tudi center dovolj segreje in vstavi nadaljnji dotok delavk.
| Po 2750 Časovnih interavlih |
Po 3200 Časovnih intervalih |
 |
 |
Vredno je omeniti, da se je z zaustavitvijo pritekanja čebel v center (po 2300 časovnih intervalih), zmanjšal tudi odvod toplote iz jedra. To pa je omogočilo majhno razširitev obroča.
| Širina obroča po 3500 časovnih intervalih |
 |
Upoam, da je ta ta primer približno razjasnil, kako se vizualizira rezultate računalniške simulacije. Ta specifičen primer ne odseva poplnoma resničnega življenaja čebel, če ne drugega, pa jasno pokaže kako se tovrstni programi koristno uporabljajo za raziskovanje obnašaja različnih vrst socialno organiziranih insektov, med katerimi so gotovo najpomembnejše čebele.