Пчелы не обогревают весь улей до одинаковой температуры. В холодную погоду семья собирается в плотный клуб — компактное скопление особей на сотах. Такая форма уменьшает площадь теплоотдачи и создаёт внутри устойчивую тёплую зону. В её глубине размещается матка, вокруг неё находятся рабочие пчёлы, а наружный слой служит живой теплоизоляцией.
Зимний клуб
Клуб состоит из тёплого рыхлого центра и более плотной оболочки. Пчёлы наружного слоя сближаются, направляют головы внутрь и частично перекрывают промежутки между телами. Воздухообмен замедляется, утечка тепла сокращается. Особи не остаются на одном месте всю зиму: остывшие пчёлы постепенно уходят внутрь, а согревшиеся перемещаются к краю. Такое чередование снижает риск переохлаждения отдельных членов семьи.
Размер и плотность клуба меняются вместе с погодой. При похолодании пчёлы теснее прижимаются друг к другу, оболочка утолщается, свободное пространство между особями сокращается. Во время потепления клуб становится рыхлее. Семья регулирует теплопотери прежде, чем увеличивает выработку тепла, поэтому корм расходуется экономнее.
Пчёлы получают тепло за счёт работы грудных мышц. Они напрягают мышцы, управляющие крыльями, почти не двигая самими крыльями. Энергия сокращений переходит в тепло. Активность распределяется по клубу неравномерно: сильнее работают особи в центральной области и там, где температура падает. Отдельная пчела производит немного тепла, но согласованная работа тысяч особей поддерживает пригодный для жизни микроклимат.
Источник энергии
Топливом служит мёд. Пчёлы берут корм из ячеек, расщепляют содержащиесяеся в нём сахара и используют полученную энергию для обмена веществ и мышечной работы. Чем дольше длится холод и чем выше теплопотери, тем быстрее уменьшаются запасы.
Клуб формируется рядом с кормом и постепенно перемещается по сотам вслед за доступным мёдом. Пчёлам трудно пересечь холодный пустой участок, даже если за ним находятся полные ячейки. По этой причине значение имеет не одна масса запасов, а их расположение относительно зимующего клуба. Длительный мороз ограничивает перемещение семьи и повышает риск голода при наличии мёда в удалённой части гнезда.
До появления расплода семья переносит более прохладный режим и бережнее расходует корм. С началом выращивания личинок требования к микроклимату возрастают: зона расплода нуждается в более стабильном тепле. Пчёлы усиливают мышечную работу, чаще кормятся и плотнее контролируют участок с ячейками. Раннее расширение расплода увеличивает расход мёда и делает семью чувствительнее к продолжительным похолоданием.
Температуру пчёлы воспринимают телом и усиками. Реакция идёт на местные изменения: при охлаждении отдельного участка соседние особи уплотняются либо усиливают теплопродукцию. Единого центра управления нет. Общий результат складывается из множества действий каждой пчелы.
Влага и воздух
При переработке мёда образуются углекислый газ и водяной пар. Влага выходит из клуба с тёплым воздухом и оседает на холодных поверхностях улья. Сырость ухудшает зимовку: мокрые стенки и соты быстрее отводят тепло, а капли способны попадать на пчёл. Воздухообмен нужен для удаления пара и газов, но чрезмерный сквозняк усиливает охлаждениеение.
Пчёлы влияют на движение воздуха плотностью клуба и положением особей. Сам улей не герметичен: газообмен идёт через леток, щели и пористые материалы. Благоприятный режим складывается при умеренной вентиляции без прямого холодного потока через клуб. Снег у улья сам по себе не означает нехватку воздуха, если леток не закупорен льдом и остаётся путь для газообмена.
Здоровая многочисленная семья удерживает тепло с меньшей нагрузкой на отдельную пчелу. В малом клубе отношение площади поверхности к объёму выше, поэтому тепло уходит быстрее. Слабой семье приходится активнее расходовать энергию, а запаса корма хватает на меньший срок. Состояние пчёл перед зимовкой, численность семьи, доступность мёда, защита от ветра и отсутствие лишней сырости связаны между собой.
Шум и встряска нарушают плотность клуба и повышают активность пчёл. После беспокойства они потребляют больше корма, а восстановление спокойного режима требует времени. Зимой гнездо сохраняет тепло эффективнее при стабильных условиях, когда семье не приходится часто перестраивать клуб и отвечать на внешние раздражители.
Обогрев гнезда представляет собой совместную терморегуляцию: пчёлы собираются в клуб, меняют его плотность, чередуются между центром и оболочкой, выделяют тепло грудными мышцами и перемещаются к кормовым запасам. Семья поддерживает подходящие условия прежде всего внутри самого клуба и возле расплода, а остальная часть улья остаётся заметно холоднее.
Работа семьи не ограничивается обогревом гнезда: важно и то, как пчелы перерабатывают нектар в мед.