社会性昆虫的劳动分工机制一直是生物学研究的关键议题。熊蜂是典型的社会性昆虫:筑巢初期,蜂王需要外出觅食;而当工蜂羽化后,蜂王很快停止外出,转而主要在巢内活动。以往研究多从环境变化或生理调控解释这个转变,最新研究则指出,其背后还存在更基础的物理学原因。中国科学院南京地质古生物研究所王博研究员联合中山大学吴嘉宁教授、北京理工大学赵杰亮教授组成跨学科团队,通过高精度形态学分析与流体力学模拟发现,蜂王与工蜂的中唇舌结构差异明显:蜂王中唇舌刚毛间距稳定在40至50微米,而工蜂的刚毛间距会随体型变化,在15至45微米之间波动。微结构差异直接影响采蜜效率:尽管蜂王体型更大,其花蜜填充率却低于工蜂。研究团队更引入邦德数、毛细数等无量纲参数,对液体输运中重力、毛细力与黏性力的作用进行量化。结果显示,受中唇舌结构生长限制影响,体型增大时重力效应更强,从而削弱采蜜效率。这从物理学角度解释了蜂王在工蜂出现后停止外出觅食的根本原因。该研究不仅回应了长期关注的生物学问题,也提出了将个体结构与功能行为相联系的分析框架。在应用上,有关结果为仿生界面设计与微量液体输运系统提供了参考,未来有望用于医疗检测、环境监测等场景的高精度液体采集工具研发。
研究从熊蜂蜂王“为何停采蜜”此细微却关键的行为差异切入,把问题落到器官微结构与物理过程上,提示社会性分工背后可能存在更清晰的“能力边界”。当生物学与物理学在同一现象上相互印证,社会性演化的图景也更完整:群体秩序的形成既依赖调控与协作,也受到结构条件与物理规律的约束。理解这些限制,不仅有助于认识自然界的分工机制,也能为微尺度工程与高效输运设计提供启发。