东方时讯网刺还是不刺?正如康斯坦茨大学的科学家们现在所展示的那样，警报信息素在蜜蜂蜇人的意愿及其群体规模中起着决定性作用俗话说：“蜜比醋更能捉苍蝇”。然而，蜜蜂宁愿避免捕捉到任何东西，但它们的蜂蜜会吸引大量捕食者进入蜂群。有些，如苍蝇，很容易阻止。其他捕食者比蜜蜂大得多，并准备接受大量蜜蜂叮咬以获取甜味营养。为了抵御它们，蜜蜂必须联合起来进行集体刺痛攻击。
这种防御反应通常由暂时特化的蜜蜂发起，称为守卫蜜蜂。他们监视殖民地的周围环境。如果它们发现有大型动物靠近蜂群，守卫蜂的反应要么是刺伤入侵者，要么是伸出它们的毒刺并扇动它们的翅膀，有时还会跑到它们的巢友所在的蜂巢中。
“在这两种情况下，它们的行为都会导致刺痛警报信息素的释放，这是一种直接携带在毒刺上的复杂气味混合物，”神经生物学家MorganeNouvian说。
这种化学信号会唤醒附近的蜜蜂并将它们招募到干扰地点。在那里，他们决定是否通过刺痛或以其他方式骚扰捕食者来参与防御努力。因此，刺痛警报信息素在群体的防御反应中起主要作用。但是群体规模也有影响吗?
跨学科研究考察了条件如何影响个体蜜蜂的防御反应
早期职业研究人员——康斯坦茨大学集体行为高级研究中心的生物学家MorganeNouvian博士和计算机科学家初级教授TatjanaPetrov之间的跨学科合作开发了一种模型和方法，用于量化对警报的响应如何对于任何给定的群体规模，信息素会在防御事件中进化。结果于2022年9月15日发表在PLOSComputationalBiology上。
“我们的生物学目标是研究周围环境对蜜蜂个体防御反应的影响，”最后一位作者MorganeNouvian说。在这项工作中，研究小组专注于群体规模的影响，因为之前的研究发现这个因素会影响群居昆虫的攻击性反应。
“解决这一生物学目标为计算机科学带来了新的挑战，”彼得罗夫说。“了解社会反馈——集体行为如何适应群体规模的变化——需要处理复杂的模型和有限的实验数据，从而整合基于模型和数据驱动的方法。”
双重研究方法
作者首先观察了蜜蜂群体面对假捕食者、旋转假人时的行为，并通过在试验结束时简单地计算假人中嵌入的毒刺数量来量化它们的防御反应。此后，他们提出了一个群体动力学的数学模型，该模型透明地将单只蜜蜂的概率选择与给定警报信息素浓度下的刺痛联系起来，与实验中观察到的集体结果联系起来。
从计算机科学的角度来看，从多个层面上从组级数据中提取个人行为是一个有趣的问题。“首先，枚举个体每个可能的社会背景的群体行为模型受到状态组合爆炸的影响，但也受到越来越多的模型参数的影响，”TatjanaPetrov说。“此外，许多不确定性来源，如个体的随机选择、未知参数或有限的数据样本量，都需要新的方法来量化不确定性。”
蜜蜂在决定蜇人时会考虑其社会背景
计算机科学家和神经生物学家之间的合作为双方的研究提供了新的视角。“在计算方面，我们提出了从人口数据中提取个体行为的新方法，”彼得罗夫说。“为此，我们独特地结合了最先进的形式方法和统计推断。”
作者创建的软件工具模块化地集成了分析过程的所有步骤。该软件由博士生MatejHajnal开发和维护，可以专注于生物学问题，一方面具有清晰的模型解释，另一方面具有不确定性量化。
“在生物学方面，我们提供的证据表明蜜蜂在决定蜇人时会考虑其社会背景，”Nouvian说。“我们通过分别对每个组大小进行分析，然后将剂量反应曲线与获得的警报信息素进行比较来得出这一证据。”作者表明，随着群体规模的增加，招募变得不那么有效，因此社会抑制在警报信息素交流的基础上发挥作用。
“我们的方法解决了蜜蜂中特定的社会现象，但它也可以被视为当前挑战的概念验证，即‘打开’观察到的集体行为的黑盒模型，并提供可解释的行为假设。个人，”彼得罗夫说。她希望她的方法可以应用于一系列其他生物系统。“关于我们方法的更广泛应用，我们已经确定了新的计算挑战，特别是在提供可扩展性和不确定性量化方面，例如在人口众多、测量不精确和个体认知能力更丰富的情况下。”