Что происходит зимой в клубе пчёл? Тепло выделяют копны сырого сена и ворох зерна, насыпи плодов. В них идёт повышение температуры по направлению к центру (вплоть до самовозгорания). Пчёлы в процессе эволюции воспользовались этим природным явлением и хорошо вписались в него. В центре клуба зимой температура 20-360С. Пчёлы в этих условиях активны. Создаётся иллюзия, что они специально двигаются – трудятся над обогревом гнезда. Корка – уплотнённый слой пчёл. Измерения показали, что теплопроводность его с уплотнением возрастает, поэтому рассматривать корку как инструмент теплоотдачи пчелиного клуба нет оснований.
Филлипс полагал, что при “надлежащих” температурных условиях в улье образование тепла клубом прекращается. Гипотеза была принята на вооружение исследователями и пчеловодами всех стран и вошла в учебники. В дальнейшем шло её развитие и уточнение. Однако она содержит ряд спорных моментов.
Прежде всего, неправомерно приписывать выработку тепла лишь центральной части клуба (тепловому центру). Пчёлы, находящиеся на его периферийной части также являются живыми организмами, которые в результате своей жизнедеятельности выделяют метаболическое тепло, также идущее на обогрев. В любом месте клуба пчёлы отдают тепло. Такую же картину можно наблюдать и в летнем гнезде пчёл.
Филлипс, а вслед за ним и многие авторы учебников по пчеловодству утверждают, что находящиеся в центре пчёлы производят тепло за счёт мускульной деятельности: движения ног, брюшка, крыльев. Это не подтвердили последние исследования. Установлено, что производство тепла пчёлами осуществляется за счёт микровибраций мышц груди, которые визуально незаметны и могут быть обнаружены лишь с помощью специальной аппаратуры, регистрирующий их электрические потенциалы. При видимых же движениях пчёл и их органов сколько-нибудь заметного выделения тепла не происходит. Движения лишь отображают специфику их поведения.
Считается, что “уплотнённая оболочка” клуба является хорошим теплоизолятором и специально создаётся пчёлами для сохранения тепла, генерируемого в центре. По мере понижения наружной температуры плотность и толщина оболочки, по устоявшемуся мнению, возрастает. С этим положением также трудно согласиться. Если бы корка клуба действительно выполняла роль теплоизолирующей оболочки, то в соответствии с закономерностями теплопередачи на границе между нагретой зоной и оболочкой наблюдался бы резкий скачок температурного градиента. Однако такого скачка никто из исследователей не обнаружил. Температура в толще клуба понижается постепенно с 25 до 100С. Теплопроводность слоя с его уплотнением, не только не уменьшается, но и возрастает. Поэтому рассматривать корку как инструмент регулирования теплоотдачи пчелиного клуба нет оснований.
В связи с изложенным гнездо пчелиной семьи, и в частности зимний клуб следует квалифицировать как гетерогенное образование, состоящее из системы тел с внутренними источниками тепла, сотов, сидящих на них особей и пор, заполненных воздухом. Источник тепла этой системы – особи, выделяющие энергию в процессе их естественной жизнедеятельности.
Системы с внутренними источниками тепла в природе имеют широкое распространение. Это копны сырого сена, вороха зерна, насыпи плодов, да и сами плоды и др. Их характерная особенность – повышение температуры в направлении к центру. Даже при небольшой мощности тепловых источников температура в центре таких систем может достичь большой величины и вызвать возгорание. Несомненно, пчёлы в процессе длительной эволюции воспользовались этим природным явлением и хорошо вписались в него. Обладая поведенческой терморегуляцией, медоносные пчёлы при понижении температуры мигрируют в наиболее нагретое место, образуя гроздь или зимний клуб. Обычно таким местом является расплод, а при его отсутствии – какая-либо другая зона с повышенной температурой. Как только пчёлы собрались в кучу, без каких-либо ухищрений с их стороны начинает действовать механизм самообогрева и создаётся то распределение температур, которое мы наблюдаем в гнезде. Далее, когда такие условия сложились, каждая особь ведёт себя в соответствии с её физиологией и теми микроклиматическими условиями, которые её непосредственно окружают. В центральной области при температуре 20-360С особи активны, находятся в движении, и это создаёт иллюзию, что они специально трудятся над обогревом гнезда. Ближе к поверхности клуба его температура понижается и там, где она приближается к критической, пчёлы менее подвижны, сидят спокойно и образуют слой, принимаемый за защитную корку. Под критической обычно понимают температуру, стимулирующую холодовое оцепенение – 13,50С. Однако перейти в спокойное состояние пчёлы могут и раньше этого предела, т.е. при 150С и выше.
Хотя в корке пчёлы и сидят спокойно, долго они там оставаться не могут и вынуждены пробиваться в тёплую зону, где можно пополнять запасы корма, но и здесь не задерживаются надолго: повышенная концентрация диоксида углерода и водяных паров вынуждает их двигаться из центра к поверхности. При понижении наружной температуры снижается и температура наружного слоя пчёл. Если она достигнет критической, особи устремляются внутрь, заполняют всё свободное пространство, и в первую очередь пустые ячейки – клуб сокращается. Таким образом, при прежних его энергозатратах тепло выделяется в меньшем объёме, а температура во всех зонах, в том числе и на поверхности, растёт.
Однако бесконечно клуб сокращаться не может, уже при –3,50С одна половина пчёл занимает 90% всех пустых ячеек, а вторая – примерно такой же объём в улочках. С большой долей вероятности можно предположить, что при –5(-6)0С сокращение клуба, о котором так много говорят пчеловоды, исчерпает себя. Если понижение температуры продолжится, температурный режим клуба восстанавливается исключительно за счёт повышения тепловыделения.
Количество выделяемого пчелой тепла в центре будет втрое выше, чем на поверхности клуба. Иными словами, пчёлы в клубе ведут себя как типичные пойкилотермы. Уровень обмена у них растёт с повышением температуры.
Пчёлы должны зимовать при наружной температуре близкой к 00С. При этом их термогенез, характеризующий и уровень обмена веществ, минимален и находится в пределах 6-8 Вт.
Необходимо отметить, что теплообмен в клубе осложняется массообменом – выделением и удалением из клуба водяных паров и углекислого газа. Распределение концентрации этих компонентов в клубе аналогично распределению температуры, т.е. в центре она наивысшая, а на поверхности минимальная. Как и в создании тепла, в образовании этих компонентов участвуют все особи. Удаляются они из клуба за счёт диффузии (термодиффузия, концентрационная диффузия).
(Касьянов, НИИ пчеловодства, март 2003 г.)
