在蜜蜂一生中，這個(gè)微小的結(jié)構(gòu)需要來(lái)回收縮上百萬(wàn)次，在各個(gè)花朵中探索花蜜。這些充滿能量和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的液體食物有些儲(chǔ)藏在細(xì)小的管狀花冠中，有些則呈開(kāi)放式暴露在空氣里。

不同植物的花蜜具有不同的糖分和粘度，往往那些最甜美最含有能量的花蜜，也是最粘稠最難被昆蟲(chóng)收集的。蜜蜂則可以通過(guò)多毛的中唇舌很容易地蘸取高粘度的花蜜。同時(shí)，它們也能主動(dòng)變換口器的操控方法，用其喙部直接吸食花冠深處的花蜜，這樣的方式對(duì)轉(zhuǎn)運(yùn)低粘度的遠(yuǎn)處液體更具有效率。

蜜蜂這種特化的口器結(jié)構(gòu)和攝食策略，是通過(guò)上億年與植物的共同演化逐漸成熟的。近日，一項(xiàng)發(fā)表在《PNAS》上的研究揭示了蜜蜂采蜜的奧秘。

植物們分泌花蜜是出于它們自己的繁殖需求。

對(duì)更古老的植物（比如絕大多數(shù)蕨類植物和裸子植物）來(lái)說(shuō)，它們的繁殖主要靠風(fēng)力。每到繁殖季節(jié)，蕨類植物的孢子和裸子植物的花粉就會(huì)在空氣中散開(kāi)，隨風(fēng)飄散。但是被子植物（有花植物）“開(kāi)發(fā)”出了更多樣化的傳粉方式——靠動(dòng)物。

植物花的蜜腺能分泌富含能量和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的花蜜，以此吸引諸如蜂、蝶、蛾、甲蟲(chóng)、蠅類、蝙蝠等各類動(dòng)物靠近攝食（蒼蠅也是傳粉昆蟲(chóng)呢）。在這些動(dòng)物攝取花蜜的過(guò)程中，它們身上會(huì)接觸黏附上植物的花粉，并在后續(xù)的運(yùn)動(dòng)中傳播至其它花朵，從而完成傳粉。被子植物為了獲得最高效的授粉服務(wù)，各個(gè)物種在億萬(wàn)年的歷程中演化出了不同的花朵結(jié)構(gòu)和具有不同物化性質(zhì)的花蜜。

對(duì)食蜜昆蟲(chóng)來(lái)說(shuō)，花蜜是一類非常寶貴的能量來(lái)源與營(yíng)養(yǎng)資源，在自然中往往被不同種類的傳粉者進(jìn)行爭(zhēng)搶。為了提高采蜜效率，同時(shí)也為了避免競(jìng)爭(zhēng)，食蜜昆蟲(chóng)的口器也相應(yīng)產(chǎn)生了千奇百怪的特化，使它們能通過(guò)不同的方法采集花冠內(nèi)的花蜜。比如，蝴蝶的口器像是一根細(xì)長(zhǎng)的吸管，食蜜螞蟻的口器像是一個(gè)短短的嘴唇，而一些食蜜甲蟲(chóng)的口器像是多毛的刷子。

“蜂-花”關(guān)系之謎

傳粉生物不僅是被子植物繁殖的關(guān)鍵，而且對(duì)我們?nèi)祟惖纳钜财鸬搅酥陵P(guān)重要的作用。我們平時(shí)吃的蔬果，有三分之一依賴于傳粉昆蟲(chóng)的授粉服務(wù)，而蜜蜂承擔(dān)著全球最主要的授粉服務(wù)，具有極其重要的生態(tài)和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

因此蜜蜂科蜜蜂屬之下被廣泛飼養(yǎng)的西方蜜蜂（Apis mellifera）也成了除了人、鼠和果蠅外被人類研究的最多的動(dòng)物之一，它與植物的交互行為和生態(tài)關(guān)系被大量研究，比如，蜜蜂喙部口器的長(zhǎng)度和攝食花蜜對(duì)應(yīng)花冠的深度之間的關(guān)系。

除了長(zhǎng)度尺度上的比較外，研究人員近年來(lái)開(kāi)始把目光投射到蜜蜂口器的精妙結(jié)構(gòu)和靈巧的操控方式上，深入研究了蜜蜂口器的微觀結(jié)構(gòu)在采集粘性花蜜時(shí)的動(dòng)態(tài)過(guò)程和物理機(jī)制，并以此解釋了口器的特化形貌與花蜜的濃粘度關(guān)系。

在蜂-花系統(tǒng)中，蜜蜂的采蜜過(guò)程受到花蜜濃粘度和它在花冠中的深度這兩個(gè)因素的同時(shí)影響，然而以往的研究往往將這兩者分開(kāi)討論，并沒(méi)有考慮成一個(gè)系統(tǒng)。近期，中山大學(xué)吳嘉寧課題組細(xì)致觀測(cè)了蜜蜂口器攝取花冠深處花蜜的微觀動(dòng)態(tài)過(guò)程，并從力學(xué)角度揭示了其運(yùn)動(dòng)與行為機(jī)制。

蜜蜂到底怎么采蜜？還有幾種技巧！

研究發(fā)現(xiàn)，蜜蜂操縱口器的方式不止一種。

它在攝取低粘度花蜜時(shí)（糖濃度10%），會(huì)偏向于將喙部伸長(zhǎng)直接吸食花蜜；

在攝取高粘度花蜜時(shí)（糖濃度50%），會(huì)偏向使用多毛的中唇舌迅速且不斷地彈出、收回，蘸取舔食花蜜；

而在蜜蜂攝取花冠內(nèi)部中等粘度的花蜜時(shí)（糖濃度30%），一開(kāi)始迅速地舔食花蜜，隨著花蜜液面距離逐漸遠(yuǎn)離口器，蜜蜂明顯降低了舌頭彈出-收回的頻率，最終改為穩(wěn)定伸長(zhǎng)口器直接吸食花蜜。

由于蜜蜂口器內(nèi)部具有極其復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，且這兩種攝食方式的驅(qū)動(dòng)肌肉和結(jié)構(gòu)都不同，這種行為上的特異性可能是一種自然優(yōu)化的結(jié)果。

作者通過(guò)實(shí)驗(yàn)和理論建模的分析，闡述了這一過(guò)程中涉及到的食竇泵送吸食、中唇舌蘸取舔食（包括了剛毛協(xié)同展開(kāi)蘸取和毛細(xì)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)過(guò)程）兩種不同的粘性微流體采集方法，證實(shí)了蜜蜂這種攝食行為的調(diào)整策略可保證它對(duì)不同距離和粘度花蜜的攝食效率。作者在熊蜂（蜜蜂科下的另一屬）上沒(méi)有找到兩種攝食方式共存的行為，且現(xiàn)存文獻(xiàn)中對(duì)其他蜜蜂，甚至于其他傳粉昆蟲(chóng)都沒(méi)有多模式攝食方式的記載。

蜜蜂采蜜的優(yōu)勢(shì)，怎么更好利用？

蜜蜂這種獨(dú)有的液體攝食方法調(diào)整行為使其在復(fù)雜環(huán)境中具有更強(qiáng)的生態(tài)適應(yīng)能力，并可能因此使其成為全球最高效的傳粉動(dòng)物。

這一研究工作讓我們?cè)谖⒂^下對(duì)植物和傳粉動(dòng)物的動(dòng)態(tài)交互過(guò)程有所了解，并加深了我們對(duì)動(dòng)物-植物之間緊密連接與相互影響的理解。

未來(lái)研究人員將繼續(xù)探索自然界中的蜜蜂采蜜方法，并嘗試設(shè)計(jì)出仿生的粘性微流體采集器，可用于生物液體樣本或者環(huán)境液體樣本的采集和檢測(cè)。

作者：魏蔣坤 吳嘉寧

作者單位：中山大學(xué)

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