传粉蜜蜂遭遇危机,苍蝇的亲戚被“培训上岗”

2021-04-24


 
 
作者 | 江逸群 [日]名古屋大学工学博士
 
 
蜜蜂是自然界中最重要的传粉生物。近年来,它们的生存受到多重威胁,不仅野生蜂群规模不断减小,人工养殖蜂群也饱受传染病和寄生虫的侵袭。这样下去必将遭遇生态危机。
 
于是,苍蝇的亲戚,仅次于蜜蜂的第二大传粉物种——花虻,进入了人们的视野。为了让这群“中等生”达到蜜蜂的水平,科学家动用AI对它们进行培训。——最终结果,还挺棒的。
 
 
 
01.最出色的园丁
 
蜜蜂穿梭于花丛中,在芬芳艳丽的海洋中忙碌,用独特的舞蹈向同伴传递花田的信息。
 
据统计,这些神奇的小精灵为了收集花蜜,每天离开蜂巢约15次,每次造访约100朵花[1]。在花海中频繁穿行的同时,也帮助各种植物完成传粉,成为植物生命循环中不可缺失的一部分。
 
 
辛勤的蜜蜂 |Flickr
 
根据农业大国美国的数据显示,蜜蜂承担着为超过80%农作物传粉的重大责任, 每年蜜蜂为农产品带来的收益至少150亿美元[2]。
 
然而近年来蜜蜂的传粉活动却面临着不少挑战。
 
 
02.传粉越来越困难
 
农药是现代农业生产中防治病虫害的有效手段,但很多常用的农药对于蜜蜂而言却并不安全。
 
例如,科学家曾让蜜蜂接触对哺乳动物低毒性而广泛使用的杀虫剂新烟碱。在实验开始的48小时内,并没有观察到蜜蜂的异常死亡,但之后它们的行为逐渐变得迟钝,方向感和发现花朵的能力大大受损[3]。
 
影响蜜蜂传粉的第二大敌人是空气污染。蜜蜂借助植物释放的气味分子确定花朵的位置,而空气中的污染物会与这些气味分子相互作用,干扰蜜蜂采蜜行为,从而导致植物传粉效率的下降[4]。
 
除了上述两点,气候变化、栖息地减少、病原体增加、寄生虫肆虐等都威胁着蜜蜂的正常采蜜活动,进而影响传粉,导致农作物减产。人类急需找到新方法以确保传粉顺利进行。
 
 
 
满身花蜜的蜜蜂 |维基百科
 
 
03.苍蝇的亲戚要上岗?
 
自然界的传粉昆虫不仅有蜜蜂,还有蝴蝶、甲虫,甚至苍蝇等。听起来虽然有些奇怪,但科学家们将目光投向了苍蝇的亲戚——花虻。
 
花虻是仅次于蜜蜂的第二大传粉物种。它们常常悬停(Hover)在花朵上,于是就有了Hoverfly这个名称。
 
 
 
天将降大任的花虻 |维基百科
 
花虻的外形酷似苍蝇(同属双翅目,只有一对翅膀),但是“配色”神似蜜蜂或大黄峰(属于膜翅目,有大小两对翅膀)。通常蜜蜂都带有尖刺,对于猎食者而言并不美味。花虻由此利用自己的外表躲避捕食者攻击,堪称拟态的典范[6]。
 
在英国大约有250种花虻,出没在春、夏、秋季的果园和田野中[6]。成虫主要以花粉和花蜜为食,能帮助不同季节开花的植物传粉。而幼虫的食谱包括真菌、植物甚至其他昆虫。有些种类的花虻幼虫喜欢吃蚜虫和其他害虫,对于农业生产也有一定帮助。
 
 
 
各种各样的花虻 |维基百科
 
实际上,并不出名的花虻承担了全世界大约30%的传粉任务。在欧洲,70%需要动物传粉的植物上都有花虻的身影[8]。
 
与蜜蜂相比,花虻有多种优势。首先,它们不像蜜蜂那样拥有固定的蜂巢,因此采蜜距离不受限制,可以携带花粉进行更长距离的飞行[7]。其次,花虻拥有多样的种类,它们中的某些类型经常光顾小型花朵等蜜蜂不屑于采蜜的植物。最后,花虻容易人工散养,人们早已在温室中饲养花虻以帮助作物传粉[9]。
 
花虻能成为仅次于蜜蜂的第二大传粉生物,真真的是靠实力。
 
那么,既然花虻有如此优势,为什么传粉能力还是逊于蜜蜂呢?最大的问题出在效率上。简单来说就是——不专心。
 
它们在传粉途中经常会被其他事物吸引而分散注意力[10]。和在蜂巢和花丛中两点一线的蜜蜂相比,花虻时常在采蜜途中花很多时间去采食杂草。
 
 
流连杂草的花虻 |500PX
 
因此,要想让花虻来代替蜜蜂,就必须找到一种办法,让花虻改掉“贪玩”的臭毛病。
 
 
04.用AI训练“优等生”
 
真有人这么干了。英国的一家创业公司开发了一款名叫“Olombria”的系统,来训练花虻采蜜时的专注力。
 
该系统集成了传感器、AI芯片以及化学信号发生器,可以安置在果园或田地等特定地点。整个系统可以自动判别开花区域,并诱导花虻在目标位置传粉,经过训练的花虻的传粉效率直逼蜜蜂!
 
系统通过照相机等传感器采集某一地点的特征,比如,传粉生物类型、传粉效率、时间、地点以及温度等。利用这些数据,AI就可以自行建立模型并判断是否需要人工干预传粉。
 
当得出传粉不足的研判时,系统就会自动发射化学信号,以诱使花虻向该区域移动。
 
这种化学信号当然是花虻喜欢的,可能是它们钟爱的某种植物的气味。
 
AI还会对它们的飞行路线进行优化,以较优的方式设计好信号发生器的开启顺序。这样,受引导的花虻就像参加了一场汽车拉力赛一样,通过一个个节点,为植物传递花粉。
 
 
花虻会被自己喜欢的气味指引,向设定的区域逐次前进(图文无关)。|500PX
 
有意思的是,该公司的研究还显示,让花虻和蜜蜂一起工作,会产生意想不到的协同效应:受到花虻“威胁”的蜜蜂,会更加卖力地采蜜。
 
05.努力解决传粉危机
 
野生蜜蜂的短缺,已经给农产品产量造成了很大冲击。
 
在英国,全国杏仁农场在开花季节租借或购买蜂巢的花费高达每季度15亿美元。且租借的蜂巢在农场间流通时,大规模运输常会导致病原体和寄生虫激增的后果[4]。
 
如果在某个农场发生感染,其他农场的正常传粉时机也将发生延误,使得整体产量受损[10]。
 
面对该困境,AI花虻训练系统无疑给出了一个解决方案。但是离真正的大规模应用,仍然路途漫长。
 
针对不同的植物和花虻种类,以及气候变化等各种外界特征,AI系统需要不断进化才能趋于完美。不过,相信随着技术的进步,系统会变得越来越智能。
 
对于这项技术的未来,其设计者也说:“我们必须要坚守的底线就是,在农业、昆虫和环境中保持一个平衡,而不完全抛弃任何一方。在此基础上开发出便捷而充满先进科技的系统,才是我们的目标。这场传粉危机终将会被解决”。
 
 
参考文献:
[1]http://honeylove.org/bees/
[2]https://www.uaex.edu/farm-ranch/special-programs/beekeeping/pollinators.aspx
[3]https://wired.jp/2018/11/22/bumblebee-tracking-robot/?utm_source=yahoo.co.jp_news&utm_campaign=yahoo_ssl&utm_medium=referral
[4]https://www.unenvironment.org/zh-hans/xinwenyuziyuan/gushi/kongqiwuranrangmifengwusuoshicong
[5]https://news.yahoo.co.jp/articles/bb3cd9d2c2994dc019a4cc3b0523bee10784f2cd
[6]https://www.rspb.org.uk/birds-and-wildlife/wildlife-guides/other-garden-wildlife/insects-and-other-invertebrates/flies/hoverfly/
[7]Meyer B, Jauker F,Steffan-Dewenter I. 2009Contrasting resource-dependent responses of hoverflyrichness and density to landscape structure. Basic Appl.
[8]Rotheray GE, Gilbert SF.2011The natural history of hoverflies. Tresaith, UK: Forrest Text.
[9] https://ja.wikipedia.org/wiki/ハナアブ
[10]https://news.yahoo.co.jp/articles/1cae60cffc17a72c62845c72c2ed900e8bef558c?page=1