蜜蜂可以感知花朵的电场——除非肥料干扰了蜂鸣声

蜜蜂精通花朵的无声语言。这些嗡嗡作响的传粉者熟悉开花植物的许多特征——球茎的形状、颜色的多样性以及它们诱人的气味——蜜蜂依靠这些特征来判断花蜜和花粉的奖励是否就在附近。但蜜蜂还能探测到视觉和嗅觉以外的信号。例如，覆盖它们身体的细毛对电场极其敏感，这有助于蜜蜂识别花朵。这些电场会影响蜜蜂的觅食方式——或者，如果这些电场被人为改变，甚至会扰乱这种行为。

今天，在《PNAS Nexus》杂志上，生物学家发现合成喷雾肥料可以暂时改变花朵的电信号，这种变化导致大黄蜂在植物上停留的频率降低。该团队还测试了一种新烟碱类杀虫剂——已知对蜜蜂健康有毒且有害——称为吡虫啉，并检测到花朵周围电场的变化。有趣的是，这些化学物质似乎并没有影响视觉和嗅觉信号，暗示这种鲜为人知的信号在交流中发挥着更大的作用。

“所有物体都有电场，”这项研究的首席作者、布里斯托尔大学感官生物物理学家埃拉德·亨廷 (Ellard Hunting) 说道。“如果你的体型非常小，那么微弱的电场就会变得非常强大，尤其是当你有很多毛发的时候，比如蜜蜂和昆虫。”

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生物学家才刚刚开始了解电信号在花卉线索世界中的重要性。例如，为了区分同一物种中资源丰富的花朵和资源较少的花朵，蜜蜂可以识别花瓣上特定的视觉图案，如表面的斑点，并记住它们，以便将来再来拜访。花朵的形状也很重要——更大、更开放的花朵可能更容易让不太敏捷的甲虫着陆，而狭窄的管状球茎则是蝴蝶的热点，它们的口器很长，可以接触到花蜜。花朵周围湿度的变化也被发现会影响天蛾，因为新开放的花朵通常湿度较高。

不过，电信号是“我们发现的一个相当新的现象”，缅因州贝茨学院研究授粉生态学的生物学家卡拉·埃森伯格（Carla Essenberg）表示，她没有参与这项研究。2016 年的一项研究发现，觅食的大黄蜂会改变花朵的电场约 1 到 2 分钟。该研究的作者认为，即使是这种短暂的变化也可能被其他过路蜜蜂察觉到，从而告知它们这朵花最近被访问过——并且提供的花蜜和花粉较少。

花朵的天然电场主要由其生物电势（生物体内产生或发生的电荷流动）产生。但 Hunting 解释说，电场是一种动态现象。“花朵通常具有负电势，而蜜蜂具有正电势，”Hunting 说。“一旦蜜蜂靠近，它们就能感知到电场。”风、蜜蜂的降落或其他相互作用会立即引发花朵的生物电势及其周围电场的变化。了解到这一点后，Hunting 萌生了研究化学应用引起的电场变化的想法，以及它们是否会阻止蜜蜂的造访。

他最初研究农药是因为人们已经充分研究过农药对昆虫的影响。“但后来我发现，肥料也有副作用，而且肥料也会被使用，因此在更大规模上更有意义，”他说。这些用于农业和园艺的化学混合物通常含有不同水平的氮、磷和钾。“每个人都在使用[肥料]，而且据说肥料无毒。”

首先，为了评估大黄蜂的觅食行为，亨廷和他的同事在布里斯托尔大学校园的一个乡村田野中用两盆薰衣草植物进行了一项实验。他们在一盆植物上喷洒了市售的肥料混合物，而另一盆植物上则喷洒了去离子水。然后，研究小组观察了大黄蜂绕过肥料覆盖的薰衣草的情况。含有杀虫剂或肥料的喷雾改变了花朵的生物电势，持续时间长达 25 分钟——比风或蜜蜂降落引起的变化要长得多。

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但为了证实蜜蜂避开肥料是因为电场的变化，而不是因为化学化合物或其他因素，研究人员需要重现花朵中的电场变化，而不是真正喷洒肥料。亨廷在足球场大小的后院里，一个没有其他电源的自然区域，操纵薰衣草植物的生物电势来模仿这种变化。他将茎放在水中，用电极连接起来，并用直流移动电源电池通电。这就像肥料一样在植物周围产生了电场。

他观察到，尽管蜜蜂会接近经过电击的花朵，但它们不会落在花朵上。Hunting 说，它们接近花朵的次数也明显少于接近对照组的花朵。“这表明，仅靠电击就已经引发了回避行为。”

亨廷认为植物的防御机制可能是电变化的根源。“如果你将化学物质施用于植物细胞，实际上会引发植物的化学应激反应，类似于受伤反应，”他解释道。植物会发送具有离子电荷的代谢物来开始修复组织。这种离子流会产生电流，蜜蜂可以检测到。

研究人员还指出，这些化学物质似乎不会影响视觉或嗅觉，有趣的是，喷洒过农药和化肥的植物在下雨后似乎再次经历了电场的变化。这可能表明这种影响在喷洒一次之后仍然存在。研究人员指出，这项新发现可能对业余园丁和主要农业产业产生影响。

亨廷说：“理想情况下，你应该将肥料施入土壤（而不是直接喷洒在植物上）。”但这需要的劳动力比美国许多农业部门使用的方法要多，因为美国农业部门使用飞机对大片田地进行喷洒。

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埃森伯格说，幸运的是，电场变化持续时间相对较短，农民可以更轻松地找到解决方法。例如，他们可以在中午喷洒农用化学品，因为许多花朵在早上开放，而花粉通常会在那时耗尽，因此传粉昆虫在中午觅食的频率较低。

埃森伯格说，化学喷雾的毒性可能在“种群水平”上对蜜蜂数量下降产生更大的影响。但这项研究提出了一个新想法：为了有效地喷洒植物，可能需要考虑到电位的变化。“这引发了关于还有哪些其他因素可能会影响这种电位的问题，”她补充道，例如空气中的污染物或随雨水降落的污染物。

埃森伯格表示，在更现实的觅食环境中，观察电场变化在较长时间内的影响将会很有帮助。亨廷也同意这一观点。“这种现象是否真的与长期相关，或许是的，但我们需要更多地了解这种新机制。”