研究破译熊蜂觅食分工机制
社会性昆虫具有明显的级型分化和劳动分工。理解社会性昆虫不同形态的产生机制、行为和生活史特性，是古生物学、演化生物学、发育生物学的重要目标。熊蜂作为半社会性昆虫，处于独居到真社会性之间的过渡阶段，是研究这一问题的理想生物。除体型差异外，熊蜂的蜂王和工蜂之间几乎没有外观上的形态差异。同时，蜂王通常只在筑巢前期高强度外出觅食，当第一批工蜂羽化后，蜂王便会迅速停止外出觅食，转向以产卵和巢内活动为主。此前研究，大多从环境因素、生理调控及分子机制等方面解释熊蜂觅食分工体系的出现原因。
2026年1月12日，中国科学院南京地质古生物研究所等研究团队，从流体力学、形态学、生态学的角度为熊蜂觅食分工机制提供了新解释，并揭示了功能器官微结构的细微偏差，足以在群体尺度上影响劳动分工。
熊蜂具有特别的嚼吸式口器——中唇舌。中唇舌密布数千根细小的刚毛，这些刚毛在中唇舌伸出的同时展开，是采集花蜜的重要微结构。研究团队通过扫描电子显微镜，对熊蜂中唇舌的形态学进行了详细表征，并提取出两个形态学参数，即中唇舌的整体长度和刚毛间距。根据99只熊蜂（67只工蜂和32只蜂王）的解剖结果显示，熊蜂中唇舌的长度约在4毫米至10毫米，体型更大的熊蜂则具备更长的中唇舌和更宽的刚毛间距。同时，因蜂王是群体中社会等级最高的个体，也是最大的个体，代表了形态数据的极端状态，因而蜂王中唇舌的刚毛间距几乎保持在40微米至50微米左右，和体型大小无关；工蜂的刚毛间距则根据其体型大小，约在15微米至45微米之间。
随后，研究团队通过配置不同含糖量的蔗糖溶液来模拟花蜜，并将其注入直径为1mm的玻璃毛细管中，模拟自然的花冠场景，供熊蜂进行采集，并通过显微高速摄影技术，定量得到中唇舌每一次往复运动摄入的花蜜体积。研究发现，随着熊蜂个体体型增大，单次往复摄入体积总体上升，但这一增长明显慢于中唇舌内部可用空间随体型增大的速度，且体型更大的熊蜂难以按比例获得更高的有效摄入量。尤其对于蜂王，即使具有和工蜂大小相同的体型，由于刚毛间距更大，其中唇舌的花蜜填充率也小于工蜂。因此，体型越大、刚毛间距越宽的熊蜂，越难有效利用中唇舌内部的空间储存花蜜。
研究团队进一步基于显微高速成像技术发现，中唇舌回撤时，相邻刚毛形成弯曲的气液界面。这些界面提供了一个额外的毛细压力梯度，增强了粘性花蜜的夹带。除液体表面张力，液体粘度也对花蜜捕获起到了作用。研究团队通过引入邦德数和毛细数两个无量纲数，可衡量该液体输运过程中重力、毛细力、粘性力的相互作用。要使花蜜充分填充中唇舌的有效空间，该系统需处于低邦德数、高毛细数的工作区间；而若维持较高的花蜜填充率，邦德数与毛细数之间还需满足特定的标度关系。然而，受中唇舌结构的生长限制，自然环境下熊蜂体型增大时，其口器难以达到最优标度关系，此时重力作用将占据主导，进而降低花蜜填充率。
该研究通过多学科证据，揭示了熊蜂中唇舌结构的异速生长规律，为“蜂王为何停止觅食？”这一科学问题提供了解释。同时，该研究将蜂—花关系问题从几何尺度匹配推进到物理尺度匹配，并提出将个体结构与功能相匹配，以预测觅食行为表现的理论框架，为仿生界面与液体输运系统研究提供了启发，未来有望应用于微量液体样本采集与检测工具设计。
相关研究成果发表在《美国科学院院刊》（PNAS）上。研究工作得到国家自然科学基金委员会的支持。
论文链接
在实验室取食人工花蜜的熊蜂工蜂（左）和蜂王（右）
中唇舌扫描电镜图像和示意图
工蜂和蜂王花蜜采集效率对比
粘性—毛细夹带原理示意图
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