ผึ้งสร้างรังรูปเกลียวโดยใช้หลักเดียวกับการก่อตัวของคริสตัล

มนุษย์สามารถสร้างอาคารบ้านเรือนได้อย่างสวยงามวิจิตรพิสดารและเต็มไปด้วยศิลปะผ่านความคิดทางสถาปัตยกรรมและเทคนิคทางวิศวกรรม แต่มนุษย์ไม่ได้เป็นเผ่าพันธุ์เดียวที่ประสบความสำเร็จกับสิ่งนี้ ผึ้งตัวเล็กๆที่ออสเตรเลียสามารถสร้างรังของมันเป็นรูปเกลียวสามมิติที่งดงามน่าอัศจรรย์ และยิ่งน่าทึ่งมากขึ้นไปอีกเมื่อนักวิจัยพบว่าวิธีที่มันใช้สร้างรังเป็นหลักการเดียวกับการก่อตัวของคริสตัล

ผึ้งที่สามารถสร้างรังเป็นรูปเกลียวสามมิตินี้เป็นผึ้งขนาดเล็กไม่มีเหล็กในสายพันธุ์ Tetragonula ที่บ้านเราเรียกว่า “ชันโรง” พบมากที่ประเทศออสเตรเลียและประเทศแถบอาเซียน ผึ้งชนิดนี้มีประโยชน์ต่อเกษตรกรมากเพราะนอกจากมันจะช่วยผสมเกสรให้พืชพันธุ์ต่างๆทำให้พืชติดผลมากขึ้นแล้ว น้ำผึ้งและรังของมันก็สามารถนำไปขายสร้างรายได้ไม่เลวเลยทีเดียว

เอกลักษณ์ที่โดดเด่นของผึ้งชนิดนี้คือรังตัวอ่อน (Brood comb) ของมันจะมีรูปร่างลักษณะพิเศษเฉพาะตัวไม่เหมือนรังผึ้งชนิดอื่นโดยมีรูปแบบที่แตกต่างกัน 4 แบบได้แก่ (a) รูปเป้าธนู (target or bullseye), (b) รูปเกลียว (spiral), (c) รูปเกลียวคู่ (double spirals) และ (d) รูประเบียงยุ่งเหยิง (disordered terraces) ดังรูปข้างล่าง โดยเฉพาะรังรูปเกลียวมีความโดดเด่นมากเพราะลักษณะคล้ายกับบันไดวนหลายชั้น รังรูปเกลียวสามมิตินี้เคยถูกพบว่ามีชั้นมากถึง 20 ชั้น และเป็นที่สงสัยกันมานานแล้วว่าผึ้งตัวน้อยนี้มีเทคนิคในการสร้างรังรูปร่างพิเศษเหล่านี้ได้อย่างไร

ทีมวิจัยที่สถาบัน Spanish National Research Council (CSIC) ได้ทำการวิจัยเพื่อไขปริศนาอันน่าทึ่งนี้ นักฟิสิกส์หัวหน้าทีมวิจัย Julyan Cartwright ได้เห็นภาพรังตัวอ่อนรูปเกลียวของผึ้งชนิดนี้เมื่อสองปีก่อน ในขณะนั้นเขากำลังศึกษาหอยมุกซึ่งเปลือกสีรุ้งของมันเมื่อส่องกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนดูจะเห็นเป็นโครงสร้างรูปเกลียวเหมือนกัน ลักษณะพิเศษของสัตว์ทั้งสองชนิดนี้ทำให้เขานึกถึงงานวิจัยในช่วงทศวรรษ 1950 ที่อธิบายว่าผลึกของสสารหรือคริสตัลก่อตัวตามธรรมชาติในโครงสร้างรูปเกลียวโดยเป็นไปตามกฎทางคณิตศาสตร์เบื้องต้นเพียงไม่กี่ข้อ Cartwright และทีมงานจึงหาทางพิสูจน์ว่าผึ้ง Tetragonula ใช้หลักการเดียวกันในการสร้างรังหรือไม่

ทีมวิจัยใช้แบบจำลองคอมพิวเตอร์สร้างรังตัวอ่อนของผึ้งโดยกำหนดเงื่อนไขแบบเดียวกับการก่อตัวของคริสตัล ในการสร้างรังแต่ละครั้งจะเริ่มต้นด้วยเซลล์ตัวอ่อนเพียงเซลล์เดียว จากนั้นให้ผึ้งงานดิจิตอลจะสร้างเพิ่มทีละเซลล์ตามข้อใดก็ได้ในกฏ 2 ข้อคือ 1. ผึ้งงานสามารถเพิ่มเซลล์ทางด้านหน้าต่อจากขอบของเซลล์เดิมที่สร้างไว้แล้วได้ตราบเท่าที่เซลล์ใหม่ถูกวางไว้สูงกว่าเซลล์ที่อยู่ติดกันเล็กน้อย หรือ 2. ผึ้งงานสามารถสร้างเซลล์ใหม่ด้านบนของเซลล์เดิมที่มีอยู่แล้วก็ได้ตราบเท่าที่เซลล์ใหม่นั้นมีระดับสูงกว่าหรือต่ำกว่าเซลล์ที่อยู่ติดกัน สิ่งที่เกิดขึ้นคือชั้นใหม่ของรังจะมีรัศมีเล็กกว่าชั้นเก่า รัศมีของชั้นที่สูงขึ้นจะลดลงเรื่อยๆซึ่งนำไปสู่การเกิดรูปร่างแบบเกลียวสามมิติ

ลักษณะรูปแบบของรังที่ถูกสร้างขึ้นนั้นยังขึ้นอยู่กับปัจจัยสองอย่าง อย่างแรกที่ทำให้เกิดความแตกต่างของรูปแบบคือค่า R หรือรัศมีของชั้นของรังผึ้ง อีกอย่างหนึ่งคือค่า α ซึ่งหมายถึงการกระจายความน่าจะเป็นแบบสุ่ม (random probability distribution) ซึ่งในการก่อตัวของคริสตัลค่า α นี้อาจเกิดจากสิ่งสกปรกที่เจือปนอยู่ในสสาร สำหรับในการสร้างรังผึ้งค่านี้ทำให้ผึ้งสร้างรังได้แบนราบขนาดไหน ค่า R ยิ่งมากก็จะทำให้ขนาดของแต่ละชั้นของรังก็จะยิ่งโตขึ้นแต่จะมีจำนวนชั้นน้อยลง ในขณะเดียวกันค่า α จะเป็นตัวกำหนดลักษณะของรูปแบบที่เกิดขึ้นดังรูปข้างล่าง

อย่างไรก็ตามแม้ว่าเราพอจะเข้าใจหลักการในการสร้างรังตัวอ่อนของผึ้งตัวจิ๋วพวกนี้แล้ว แต่มันก็ยังไม่ได้อธิบายทำไมผึ้งสายพันธุ์นี้จึงสร้างรังในรูปแบบที่น่าทึ่งดังกล่าวแทนที่จะสร้างเพียงชั้นรังผึ้งตามรูปแบบปกติ แต่จากการทำแบบจำลองคอมพิวเตอร์ของทีมวิจัยก็พอสรุปได้ว่าผึ้งพวกนี้ไม่ได้มีแผนแม่บทในการสร้างรังตัวอ่อน พวกมันเพียงแค่ตอบสนองต่อสภาพแวดล้อมในท้องถิ่นอาศัยของพวกมันตามกฎทางชีววิทยาสองสามประการมาเนิ่นนานแล้ว

“ทั้งการการก่อตัวของคริสตัลและการสร้างรังของผึ้งชนิดนี้สามารถอธิบายได้ในกรอบคณิตศาสตร์แบบที่เรียกว่า Excitable medium ” Cartwright อธิบาย “มันมีความเท่าเทียมกันทางคณิตศาสตร์ที่สวยงามระหว่างวิธีที่โมเลกุลสร้างคริสตัลและวิธีที่ผึ้งสร้างรังของพวกมัน”

ชมการก่อตัวของคริสตัลที่สวยงามได้ในวิดีโอข้างล่าง