蜜蜂摇摆舞两种解码方法的比较:精准度与效率的权衡

《Apidologie》:Comparison of two methods for decoding honeybee waggle dances

【字体: 时间:2025年04月01日 来源:Apidologie 2.4

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  为探究蜜蜂摇摆舞解码方法的准确性与效率,研究人员对比 “摇摆跑法(waggle run method)” 和 “循环法(circuit method)” 解码 200 个自然摇摆舞。结果显示两者高度线性相关,但循环法高估约 86m,且更省时。该研究为解码方法选择提供依据。

  在奇妙的昆虫世界里,蜜蜂是重要的授粉者。它们独特的摇摆舞,就像是一种神秘的 “语言”,能够向同伴传达食物资源的位置信息。长期以来,科学家们对蜜蜂的这种交流方式充满了好奇,一直试图解读其中的奥秘。然而,在解读蜜蜂摇摆舞的过程中,研究人员面临着诸多挑战。过去,自动解码技术要么成本高昂,要么误差较大,无法满足生态研究的需求,所以手动解码成为常用的方式。而手动解码又存在不同的方法,不同方法在准确性和时间成本上各有差异,这使得研究人员难以抉择。为了更好地了解蜜蜂的觅食行为,准确解读摇摆舞背后的信息,研究人员迫切需要对不同的解码方法进行系统的比较和分析。
德国维尔茨堡大学(University of Würzburg)等机构的研究人员 Abhinay Arra、Benjamin Rutschmann 和 Patrick L. Kohl 开展了关于蜜蜂摇摆舞解码方法的研究,相关成果发表于《Apidologie》。该研究旨在量化手动解码蜜蜂摇摆舞时在准确性和时间成本之间的权衡,对理解蜜蜂觅食生态具有重要意义,也为后续相关研究在选择解码方法上提供了关键参考。
研究人员采用了视频分析结合特定软件的技术方法。他们对德国 Steigerwald 地区 4 个意大利蜜蜂(Apis mellifera carnica)群落进行视频记录,筛选出 200 个符合要求的摇摆舞视频。利用 utilius fairplay 5 软件,分别使用 “摇摆跑法” 和 “循环法” 对这些视频进行解码。通过特定的校准函数,将解码得到的摇摆舞持续时间或循环持续时间转化为觅食距离,并推断出觅食地点的笛卡尔坐标。同时,还测量了两种方法解码所需的时间。

3. 研究结果

3.1 觅食距离的直接比较

研究发现,通过 “摇摆跑法” 和 “循环法” 获得的觅食距离高度线性相关(span data-custom-copy-text="\(p0.0001\)",边际)。然而,“循环法” 系统地高估了觅食距离,比 “摇摆跑法” 平均高估约 86m,但这种差异在不同觅食距离下保持稳定。

3.2 觅食距离分布的比较

从整体分布来看,两种方法得到的觅食距离分布相似,但 “循环法” 计算出的分布参数略高。例如,“摇摆跑法” 得到的平均和中位数觅食距离分别为 0.71km 和 0.58km,“循环法” 则为 0.83km 和 0.69km。而且,“循环法” 得到的某些极端觅食距离值比 “摇摆跑法” 大很多,其最大值达到约 4.58km,远超 “摇摆跑法” 的约 2.8km。对每个群落单独分析时,两种方法得到的平均和中位数觅食距离相似,但推断的最大觅食范围存在显著差异。

3.3 舞蹈角度的比较

对两种方法解码得到的平均舞蹈角度进行圆形相关分析,结果显示两者具有很强的正相关系数(,span data-custom-copy-text="\(p0.001\)" )。这表明在获取舞蹈方向信息方面,两种方法具有较高的一致性。

3.4 觅食地图的比较

两种解码方法在揭示 4 个研究群落觅食地点的范围和分布差异方面具有一致性。尽管在个别觅食地点存在细微差异,但通过热图显示的觅食热点在两种方法间具有较高的一致性。

3.5 分析舞蹈所需时间的比较

“摇摆跑法” 分析每个摇摆舞所需时间(中位数:7 分 17 秒 / 舞)是 “循环法”(2 分钟 / 舞)的三到四倍。若考虑单个舞蹈单元(单个摇摆跑或单个循环)的解码时间,“摇摆跑法” 所需时间几乎是 “循环法” 的六倍(中位数:109.4 秒 / 摇摆跑 与 18.4 秒 / 循环)。

4. 研究结论与讨论

研究表明,“摇摆跑法” 和 “循环法” 在估计觅食距离上有较高的一致性,且两种方法在测量舞蹈角度方面相似,都可用于解码方向信息。但解码存在时间与准确性的权衡,“循环法” 虽准确性稍低,但耗时显著更少。“循环法” 可能会引入系统偏差,导致对觅食距离的不准确估计,这可能与实验校准中使用的人工食物源有关。不过,该偏差与蜜蜂典型觅食距离相比相对较小,在一些研究中仍具有生物学意义。但在推断最大觅食距离时,“循环法” 可能导致较大误差,特别是对于觅食范围较大的群落。研究人员建议在分析 “最大” 觅食距离时,考虑使用更稳健的指标,如第 90 百分位数觅食距离或前 10% 觅食距离的平均值。在分析蜜蜂栖息地利用时,无论使用哪种解码方法,都应排除指示长觅食距离的舞蹈,因为随着觅食距离增加,推断位置的不确定性会增大。“循环法” 在时间效率上具有优势,且可实时解码,适用于一些特定的研究场景,如关注觅食距离变化、时空觅食模式的研究等。而在需要精确映射舞蹈到土地利用地图的研究中,“摇摆跑法” 更为合适;若使用 “循环法”,则需对偏差进行调整。不同蜜蜂物种或亚种可能存在不同的距离 - 持续时间校准,研究人员在选择 “循环法” 时应评估其适用性。总之,摇摆舞解码是研究蜜蜂觅食生态的有力工具,优化现有方法并权衡其利弊,有助于提高解码在各种研究中的有效性,为蜜蜂相关研究提供更可靠的依据。

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