ミツバチのダンスフロアの定量化：データ駆動型の手法によるワグルダンス領域の定義と比較

ミツバチ（Apis mellifera）の採餌者は、巣内でワグルダンスを行い、利益の大きい採餌場所の場所を仲間に伝達します。これらの募集ダンスは、ダンスフロアとして知られる櫛の特定の領域内で行われますが、その場所と構造は歴史的に定性的にしか記述されていませんでした。ここでは、ワグルダンスの座標からダンスフロアを定義し定量化するための、データ駆動型の幾何学的手法を導入します。このアプローチは、凸包と信頼楕円を組み合わせて、ダンス密度の最も高い領域を表す閉じた領域を生成し、中心位置、面積、周長、主軸と短軸、方位角などの解釈可能な空間的指標を提供します。この手法の性能を実証するために、サイズと日付の異なる観察ハチの8つのコロニーからの155の観測に適用しました。相補的な単変量および多変量解析を使用して、このフレームワークは一貫してダンスの約91%を捉え、入口距離に基づく歴史的推定値と一致し、ハチの巣のサイズ、日、時間（例：中心位置と幅のサイズ依存的なシフト、および時間帯効果の方位角への影響）に関連する観測間の系統的な違いを検出しました。これは、実験的および時間的文脈に対するその感度を示しています。この研究は、ミツバチのダンスフロアの明示的な定量的定義と、コロニー、環境、および将来の実験デザインを横断した空間的募集パターンの比較のための再現可能な分析フレームワークを提供します。 引用: Van Nest BN, Wagner AE, Joyner ML, Seier E, Moore D (2026) Quantifying the honey bee dance floor: A data-driven method for defining and comparing waggle dance regions. PLoS One 21(2): e0341456. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0341456 編集者: Olav Rueppell, University of Alberta, CANADA 受信日: 2025年11月6日; 受理日: 2026年1月7日; 公開日: 2026年2月18日 著作権: © 2026 Van Nest et al. これは、クリエイティブ・コモンズ表示ライセンスの下で配布されるオープンアクセス記事であり、著作権者および出典がクレジットされている限り、媒体を問わず無制限の使用、配布、複製を許可します。 データ利用可能性: すべてのデータファイルとRスクリプトは、Figshareリポジトリ https://doi.org/10.6084/m9.figshare.29483207 から入手できます。 資金提供: この研究は、BNVNに対するカナダ天然科学工学研究評議会ディスカバリーグラント（https://www.nserc-crsng.gc.ca/Professors-Professeurs/Grants-Subs/index_eng.asp）およびMLJ、ES、DMに対する米国国立科学財団数学科学部門グラント（https://www.nsf.gov/mps/dms）によって資金提供されました（NSF 1128954）。資金提供者は、研究デザイン、データ収集と分析、出版の決定、または原稿の準備において役割を果たしませんでした。この研究のために追加の外部資金は受け取っていません。 競合利益: 著者は、競合利益がないことを宣言しています。 はじめに 動物のコミュニケーションの最も興味深い形態の1つは、ミツバチ（Apis mellifera）のワグルダンスです。成功した採餌者は、巣内の複雑な一連の操作を通じて、仲間に価値のある資源への数学的ベクトル（方向と距離）を広告します[1]。これらの募集ダンスは巣内でランダムに発生するのではなく、通常、ダンスフロアとして知られる明確な領域に集中しています。この行動の空間的局在化は、失業中の採餌者と経験豊富な控えめな採餌者の両方を、活発な募集者と経験豊富なスカウトがダンスを行うのと同じ物理的領域に集中させることで、コミュニケーションの効率を高める可能性があります[2–4]。しかし、数十年にわたる研究にもかかわらず、ダンスフロアの場所と構造を形作る要因は十分に理解されていません。自然および管理された巣の両方で、ワグルダンスは入口の近く、振動伝達を改善する可能性のある、自由にぶら下がった空の櫛に発生する傾向があります[5–7]。しかし、ワグルダンスの実行に自由にぶら下がった空の櫛は必要ありません。商業用および観察用のハチの巣の木製フレームに完全に統合された櫛、および育児用の櫛でもダンスが行われます[8–11]。今日まで行われたほぼすべての研究（自然、商業、観察用のハチの巣）に共通しているのは、ダンスフロアは単に巣の入口の近くにあると記述されていることです[1,8–10,12–14]。たとえば、SeeleyとTowne[15]は、2フレームの観察ハチの巣で行われたダンスの94％が巣の入口から24 cm以内にパフォーマンスされ、ダンスの最も高い密度は入口から4〜18 cmの間にあると指摘しました。しかし、初期に戻った採餌者による匂いマーキング[16]、募集を刺激する化学キューの放出[17,18]、および育児用櫛[6,10,19]などの特定の基質タイプへの好みを含む、追加の要因が提案されています。この関心にもかかわらず、ダンスフロアが定量的に定義されたことはめったにありません。ほとんどの研究では、それを定性的に（例：「入口の近く」）記述するだけで、コロニー、文脈、または実験条件を横断した空間的募集行動を比較する能力を制限しています。Warioらによる最近のアプローチ[20]は、主成分分析を使用してダンスの方位を要約しましたが、彼らの方法では、境界のある空間領域や、観測を横断して体系的に比較できる指標は生成されません。対照的に、私たちの幾何学的フレームワークは、文脈を横断して直接比較できる明示的なデータ駆動型境界を生成し、ダンスフロアの場所と形状が櫛の構造やコロニーの状態などの要因によってどのように変化するかについての直接的なテストを可能にします。この方法では、2つの幾何学的ツールを組み合わせます。1つはすべてのダンスポイントの外側の境界をトレースする凸包、もう1つはそれらの統計的広がりを要約する信頼楕円です。これらを組み合わせることで、ダンス活動の中心を囲む閉じた領域が生成され、面積、中心位置、方位角、広がりなどの生物学的に解釈可能な指標が提供されます。この方法の有用性を実証するために、2つの異なるサイズのガラス壁観察ハチに収容された8つのミツバチのコロニーからのワグルダンスデータに適用します。このフレームワークを使用して、ダンスフロアの構造が（i）1日を通して変化するか、（ii）日ごとに変化するか、（iii）コロニー間で異なるか、（iv）季節を通してシフトするか、または（v）ハチの巣のサイズに依存するかどうかを質問します。標準化されたアプローチでこれらの質問に答えることにより、文脈的およびコロニーレベルの要因が空間的募集行動にどのように影響するかを明確にし、他の種や空間的に組織化されたコミュニケーションシステムに適合できる方法を提供することを目指しています。 材料と方法 動物、実験セットアップ、およびデータ収集 西ミツバチ（Apis mellifera L.）のコロニーは、混合林と季節的な花の資源を特徴とする温帯の中標高地域にある8フレーム（100×100 cm）または4フレーム（100×50 cm）のガラス壁観察ハチ（表1）に収容されました。8フレームのハチは、野花、ベリー、および針葉樹と広葉樹のクラスターの雑草が生い茂った野原にある木造の小屋に収容されました。自然光は遮断され、白い布で覆われた頭上の蛍光灯が薄暗い拡散照明を提供しました。4フレームのハチは、管理された芝生、花の庭、木々のある町の中心にある学術キャンパスの小さな光と温度制御された実験室に収容されました。各コロニーは、3日から5日間の単一のトライアルで1回使用されました。ハチの巣の入口は、入ってくるミツバチが入口の近くのフレームの片側にのみアクセスできるように変更され、すべてのワグルダンスが単一の櫛の表面に制限されました。ハチの巣のガラス側には5×5 cmのグリッドが描かれ、観察者がダンスの場所を推定するのを助けました。8回のトライアル全体で、合計7,444回のダンスが分析されました（表1）。この作業を実行するためにライセンスや許可は必要ありませんでした。 ダウンロード: PNG larger image TIF original image 表1. 各コロニーの詳細