蜂巢結構

 

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        我們把蜂巢拆卸下來放在教學研究室,供全校師生一起來研究蜂巢的內部材質及結構。

       校長把蜂巢舉的好高,讓我們欣賞裡面的構造。哇!啊!啊!啊!我們看了真的是目瞪口呆,這蜂巢結構就像高樓大厦,地基真的很紮實。蜂巢裡面的構造,是一層層的結構,這是利用樹皮混合蜜蜂的唾液所製作的。我們不禁要問?一個可容納數萬隻蜜蜂的蜂巢,究竟是如何建造而成的呢?

        原來,蜜蜂是社會性的昆蟲,不僅勤勞,也很聰明。一個蜂巢的形成過程中,築巢工作完全由工蜂來承擔。工蜂不僅肩負築巢工作,同時也負責育幼、清潔、採蜜、捍衛家園、修補巢穴等工作。

 

        我們很好奇這蜂巢有多大,讓我們量量看這顆蜂窩!量這顆蜂巢的腰圍,可要小心翼翼,這顆蜂巢可是很脆弱的吔!一片一片的碎屑,有可能到最後會變成大光頭呢!

        蜂窩的外皮好厚喔!這麼厚的外皮要幹嘛的呢?厚厚的牆壁就是要用來防炎熱的太陽、暴風雨和天敵,保護幼蟲和女王蜂,蜜蜂很聰明吧!

 

         四甲小朋友在跟黃腳虎頭蜂的蜂巢拍照呢!可是他們可不只是在拍照喔!他們是用身體高度來比較蜂巢與四甲學生身高有多高長喔!

 

       這個大洞是誰挖的?哦!原來是老師挖的,挖出那麼大的洞要幹嘛?原來是要觀察蜂巢內部的構造啊!

        淑婷老師把黃腳虎頭蜂的蜂巢外牆的牆壁撥掉,開一個大洞,從這個洞裡可以看到黃腳虎頭蜂巢中的構造,可以看到這些一層一層的隔間,裡有至少數百個六角形的房間。那是孕育蜜蜂小寶寶的育嬰室,但因為他們搬家,所以只能看到白白的蛹和死掉的虎頭蜂。

 

        蜜蜂的蜂巢造型結構巧妙奇特,可謂巧奪天工,可稱讚為世上最傑出的建築師。蜂巢主要結構分為王台、雄蜂育房、工蜂育房、貯蜜室,各房巢的位置和功能皆不同,說明如下

1.王台:王台是培育蜂后的地方,裡面裝滿蜂王漿,位於蜂巢的邊緣,外面是凹凸的皺紋,形狀像粒花生,一個蜂巢內通常會有一至數個王台,但只有一隻蜂后會鬥爭成功,成為蜂群中獨一無二的領導者。

2.雄蜂育房:雄蜂是蜂后的未受精的卵所產生的,比工蜂育房要大一些而且比較突出,用來培育雄蜂。

3.工蜂育房:整個蜂巢內部數量最多且結構牢固的房間,主要功能是用來貯藏蜂蜜和花粉。

4.貯蜜室:專為貯存蜂蜜而用,可再另外建造,數量不固定。

 

        築巢的原料:全是用蜂臘做成的,一隻12至21日齡的築巢工蜂,其腹部四對蠟腺大致上已發育完全,成熟的工蜂們先吸足花蜜,會從腹部第4到7節腹版分泌出蠟線,用後腳把蠟線送到口中,由其中兩隻工蜂用前足抓緊上面的物體,同時伸展後足,讓另外兩隻工蜂自下端抓牢,蠟鱗經後足傳至前足,形成兩條蜂鏈,就可以築巢了,牠分泌出的蠟線原料是樹脂。

        巢房是用蜂蠟造成的,蜜蜂分泌蜂蠟築巢,要有足夠的花粉和蜂蜜,才能產生蜂蠟。

        蜜蜂每當築新蜂巢時,數百隻蜜蜂必需先建造數百個蜂連結成蜂鏈體,大量產製蜂蠟。當所需的長度達成後,每條蜂鏈中,最後的一隻蜂藉著中足的擺動及翅膀之振動,讓原先兩條蜂鏈合併成一條環鏈。 經過約一天的休息後,工蜂體內的蜜液經吸收分解,轉化成蜂蠟,再透過腹部臘腺分泌腺,分泌出一層薄薄的蠟鱗。

        當蠟鱗形成後,蜜蜂才分開,進行的築巢工作。築巢時,工蜂先用足上的毛刮下腹部分泌出來的蠟鱗,送入嘴中嚼成糊狀,作成蜂房的材料-蠟板;再將這些蠟板傳遞給在箱板上等待築巢的工蜂。  工蜂們用嘴接過蠟板,均勻地塗在頂板上,作為蜂巢的基層;其他工蜂也陸續送來蠟板,將巢基逐步加高。當一根蠟柱從頂板上垂下,另一隻工蜂便在蠟柱中間,做出一個六邊形的洞。再經過精雕細琢後,第一個正六角形的蜂巢就建造完成。

 

       蜂巢的結構,是由一個個正六角形單房組成,房口全朝下或朝向一邊或背對背對稱排列組合而成。每一房室大小統一、上下左右距離相等;蜂房直徑約0.5公分,房房緊密相連,井然有序,巧奪天工令人佩服蜜蜂的智慧。

        當氣候炎熱、蜂巢內溫度高升時,工蜂會在蜂巢入口的地方,鼓動翅膀搧風,使巢內的空氣流通,因而變為涼爽。

        蜂蠟色白、質地柔軟,因此,建造成的蜂巢,是呈半透明乳白色;經風乾後,逐漸變黃變硬。蜜蜂在正六角形巢洞儲存蜂蜜後,會用蜂蠟密封巢洞。通常情況下,蜂蜜儲藏在巢板的上部,下部作為孵化蜂卵,培育幼蟲的區域,也用來儲藏花粉。

        根據科學家們估計,工蜂分泌1公斤的蜂蠟,需要消耗16公斤的花蜜;而採集1公斤的花蜜,蜜蜂們必須飛行32萬公里才得以完成;相當於繞行地球8圈的距離。因此,蜂蠟對蜜蜂而言,是非常珍貴的。

        科學家們也發現,正六角形的建築結構,密合度最高、所需材料最簡、可使用空間最大。因此,可容納數量上萬隻的蜜蜂居住。這種正六角形的蜂巢結構,表現出驚人的數學才華,令許多建築師們自嘆不如、佩服有加!

 

當我們仔細觀察每一層巢房時,發現大多數的六角形[的蜂房上的白色包膜都是開的,表示原來在蜂房內的蜜蜂都破蛹而出長大為成蜂,只有少數3-4個蜂房白色包膜未破,我們戳破包膜表層,發現有黑色的蛹,表示牠來不及長大就死亡了。

蜂巢結構技術的特色分析

1.神奇精細的六角形巢室:蜂巢(如左圖1)的底部並非全是平坦的,乃是稍微外突的,而外突的程度是以堅穩且合乎經濟為原則,若太突出的話,則不合建築力學為原則;若太平的話,則不合實用原則,因為儲存量會因而減少。巢室的形狀就像兩個相對的蜂巢層互相套疊對方,而末端的各個平面都是和對邊的巢室共用的。 

2.六角形巢房容量最大:為甚麼在眾多的圖形中,蜜蜂不挑選四方形,可方便貯藏物件和搬運。三角形的構造也可以互相重疊,但蜜蜂也不選三角形。又為什麼蜂巢不是五角形或長方形的呢?古希臘數學家帕普斯(Pappus of Alexandria, 300~350BC)在《數學匯編》(Mathematical Collection) 著作中寫道:「蜂巢到處是等邊、等角的正多邊形圖案,非常勻稱規則。」

        相同周長的n 邊形中,以正 n 邊形的面積為最大,並且邊數越多,面積也越大;圓的面積比任何正多邊形的還要大。如此看來,蜜蜂的巢室似乎應該作成圓的。圓的面積比任何正多邊形的還要大。為什麼蜂巢不是圓的?

        蜂巢裡有許多六角形的巢室,每一個巢室的六個側面緊連其他巢室,從堆疊的角度來看,圓的密合度不好,圓形不能共邊,圓與圓之間堆疊只有點相接,會有許多空間被浪費。

        若要以有限的材料去製造一個貯藏量最大的盛器,六角形是最佳選擇,因為不單只面積最大(如圖3),容量也最多。假設六角形每一邊長L厘米,六個邊共長6L厘米。因為容量是面積乘容器的長度,若計算起來,仍然是六角形的容量最大。若以同樣材料去製造一個容量最大的盛器,最理想穩固的形狀是六角形了。

3.依季節自然節調室溫:科學家發現蜂巢不單外形美觀實用,它更具有冬暖夏涼的功能。在夏天,巢房裡的空氣調節靠眾工蜂不停揮動雙翼,使巢的溫度下降,正如我們用手搖扇取涼一樣,溫度可以從33℃下降至26 ℃,使幼蟲不至中暑和熱死。在冬天,蜜蜂不能在外面找到食物,只有靠所貯藏的蜜糖為食物,牠們聚集在巢內,藉着身體不停的搖動產生代謝熱,即使外面溫度降至零度或以下,牠們也可以保持巢內溫度在24 ℃至30 ℃以上,這是最自然的保溫系統。

 

       用尺來量量看這個巨大的蜂巢,哇!有23.8公分那麼寬,蜂巢裡的4層房間有12公分高呢!

        這蜂巢不僅真大,而且就地取材,符合自然環保的概念呢!我們應該頒給蜜蜂最優質的綠建築的獎狀呢!更應效法蜜蜂的作法。

        從正面看可以看到一些一根一根立在隔間支架柱子,這些一根一根細細長長的的柱子,就是支撐這些隔間的重要支柱,如果沒有這些支撐隔間的柱子,那這些隔間可能就會垮掉喔!