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蜜蜂减少，人类和生态将陷入灾难
每年的3月3日是世界野生动植物日,知道这个日子的人可能并不多！进入3月,江南草长,杂花生树,群莺乱飞,田野和郊外百花争艳,引来蜂蝶翩翩,采花酿蜜.因此,话题的主角非蜜蜂莫属.
蜜蜂真的减少了
中国科学院动物所研究发现,最近10年以来,中国的蜜蜂已经减少了10%左右.这并非中国独有的现象,很可能是全球的一种现象.美国科学院的研究和对养蜂人的调查表明,在最近10年时间,每年冬天美国都会损失数量极大的蜜蜂,初步估计是,美国的野生蜂群每年数量减少约为30%左右.对此,研究人员创造了一个术语来表示蜜蜂的消失和减少,即蜜蜂蜂群衰竭失调（CCD）.
为什么会出现这种情况？研究发现,气候变化、栖息地丧失、病原体侵害、农药污染等诸多因素都有可能导致蜜蜂的减少.
首先,气候变暖导致物候发生了变化,这种变化会破坏蜜蜂和植物之间生死相依紧密相联的生态关系.其次,环境污染,包括空气污染、水体污染,以及人类大量使用农药化肥等会造成蜜蜂的大量死亡.其三,人类自身对土地资源急剧扩张占用,如工业用地、商业用地,甚至农业用地等,占据了大量原有的蜜蜂栖息地,使得蜜蜂居无所依.此外,外来物种,如外来蜜蜂的引进,以及外来植物的引进,都可以导致当地土蜂的食物减少,最终导致土蜂的消失.当然,一些致病微生物的侵袭也是蜜蜂逐年减少的原因之一.
在上述蜜蜂减少原因中,研究得比较细致的是农药（杀虫剂）的使用、外来物种入侵和病原体对蜜蜂的侵袭.以农药使用为例,研究人员发现,人类使用的农药正在成为蜜蜂致命
的杀手,这些杀手被包装成“糖衣炮弹”,让蜜蜂在温柔甜蜜中丧生.由于意识到杀虫剂可能杀死蜜蜂,自2013年以来,3种新烟碱类杀虫剂——噻虫胺、吡虫啉和噻虫嗪在欧盟受到限制使用.但是,也有研究表明,包括这三种杀虫剂在内的农药不可能导致蜜蜂死亡,因为如果蜜蜂有选择,它们能躲避花蜜中的新烟碱类杀虫剂.
为了弄清这一点,英国纽卡斯尔大学的赖特研究团队进行了研究,证明蜜蜂和一种大黄蜂会偏好含有新烟碱的糖溶液,这可能正是让它们中毒死亡的原因.赖特团队为蜜蜂和一种大黄蜂提供了糖溶液,其中,一些溶液含有的新烟碱浓度水平与在经处理的作物的花蜜中发现的浓度相似.结果表明,大黄蜂和蜜蜂都偏好一些被杀虫剂污染过的溶液,这取决于特定的化合物及其浓度.同时,蜜蜂偏好吡虫啉和噻虫嗪,对噻虫胺没有偏爱.这个研究提示,当新烟碱类杀虫剂污染花蜜并且花蜜所含的糖分又达一定浓度时,蜜蜂就无法识别这样的花蜜是否有害,而是把它们当作美味佳肴来享受,还会导致蜜蜂摄入比此前发现的更高剂量的新烟碱类杀虫剂,结果造成严重中毒而死亡.
农药如何致死蜜蜂？
农药致死蜜蜂有多种方式,一是直接杀死蜜蜂；二是导致蜜蜂神经混乱而死亡；三是改变蜜蜂的多种行为方式,让其觅食困难和难以躲避天敌而死亡.
氟虫腈是一种高效、低毒、低残留农药,正确使用对哺乳动物没有不良影响.氟虫腈对害虫以胃毒作用为主,兼有触杀和一定的内吸作用,作用机理在于阻碍昆虫γ-氨基丁酸控制的氯化物代谢,对蚜虫、叶蝉、飞虱、鳞翅目幼虫、蝇类和鞘翅目等重要害虫有很高的杀虫活性,但是对作物无药害,可用于防治玉米根叶甲、金针虫、地老虎、小菜蛾、菜粉蝶、稻蓟马等,而且持续效果时间长.但是,氟虫腈对蜜蜂有剧毒.中国农业科学院植物保护研究所研究员郑永权等人发现,蜜蜂仅仅微量接触,就会导致蜜蜂整箱整箱地死亡.
苏格兰邓迪大学的康诺林团队发现,一些杀虫剂在达到环境相关浓度时会造成蜜蜂大脑神经功能失常.例如,新烟碱和有机磷酸酯是已被发现影响昆虫中枢神经系统中神经信号传递的两类杀虫剂.在实地研究时,康诺林等人获得了来自蜜蜂大脑中神经元的全部细胞记录,发现在农业生产中两种广泛使用的杀虫剂“吡虫啉”和“噻虫胺”通过激发新烟碱受体来损害神经元的可激发性.当这种情况发生后,蜜蜂的行为变得古怪起来,甚至会撞死在障碍物上,原因在于,它们的大脑神经指挥中枢和神经信号发生了错乱.
中国科学院西双版纳热带植物园的谭垦研究团队发现,吡虫啉能让蜜蜂的定向能力受损,从而让它们的采集频率和成功返回蜂巢的比例减少,也减少了对群体的食物供给.同时,吡虫啉还能改变蜜蜂对糖浓度的反应阈值,减少其对高质量食源的舞蹈强度,从而让蜂群的采蜜量减少.
此外,蜜蜂采蜜时除了考虑食物质量外,还要评估捕食风险,它们一般要避开有危险的食源处觅食,如避开有蜘蛛和螳螂的花朵,而且东方蜜蜂能有意识地减少到天敌胡蜂存在的人工食源地觅食.但是,吡虫啉扰乱蜜蜂的大脑神经后,则会减少对天敌的警惕,前往这些危险地采蜜,结果导致被天敌捕杀.
仅仅是人类不加区分和大量地使用农药,就有可能通过上述方方面面途径导致蜜蜂死亡.当蜜蜂死亡和减少不断扩大,就不仅是人类的重大损失,也是生态的重大灾难.这些后果可以从蜜蜂对人类和生态的贡献体现出来.
蜜蜂多样性创造美味果实
蜜蜂和鸟类、蝙蝠、苍蝇、蝴蝶等属于传
粉动物,它们对作物的授粉不只对人类有益,对整个生态都有不可低估的影响,通过它们传粉结出的果实不只养活人类,还能养活其他生物,直接和间接推进自然的演化,甚至改变自然演化的方向.美国农业部的数据显示,传粉生物参与生产了养活全球1/3人口的粮食；传粉生物85%以上的授粉是蜜蜂来完成的.因此,蜜蜂的对粮食和果实的生产贡献最大.
目前,人类命名的蜜蜂约有1370种,还有近一半的蜜蜂没有被命名.粗略估计,全球有2500多种蜜蜂物种给植物授粉.通过蜜蜂的授粉作用,农作物的产量能够大幅提高,品种质量也会得到明显改善.多年的研究数据显示,蜜蜂的授粉作用能够使得油菜增产15%~20%,果树增产20%~30%,而且能够提高果实的质量.
如同生物和生态多样性是世界存在和可持续发展的根本保证一样,蜜蜂的多样性也是保证果实增产和品质良好的基本条件之一.美国研究人员刚刚发布的一项研究表明,人们种植作物的多样性和蜜蜂的多样性可以相互保证作物产品高质量和高产量.研究人员观察了美国加利福尼亚州中部的15个农场,一些农场仅种植草莓,一些农场混合种植了草莓、花椰菜、树莓和甘蓝.混合栽种作物的农场能吸引更多种类的蜜蜂为作物传花授粉,这些蜜蜂中包括欧洲蜜蜂和本土野生蜜蜂.而仅仅种植着草莓的田地里只有欧洲蜜蜂在授粉.当观察地点位于自然植物园附近时,蜜蜂物种多样性进一步增加.果实采摘后的品尝表明,来自多样化种植农场的草莓更饱满、结实、味道更好,而且果实更对称,这些特性让农民更容易销售这些水果.来自单一作物种植农场的草莓相对于多样化种植农场的草莓在味道、果实饱满和形状方面都逊色一些.
研究人员推论,不止是草莓,其他农作物的果实和产量也会受益于多样化的种植,因为能吸引多样化的蜜蜂授粉.在美国,经过驯养的欧洲蜜蜂可以在各种各样的情况下对作物授粉,但本土野生蜜蜂需要本土的栖息地.因此,为了让作物的果实更好,应当采取在庄稼中间种植灌木篱墙的方法来吸引蜜蜂,并且需要多样化地种植作物,使得与自然环境隔离的农场能够以作物的多样性来吸引更多品种的蜜蜂传花授粉.
蜜蜂如何让水果颜值高味道好？
过去的研究只是笼统地称,经过蜜蜂传粉可以让作物果实的色香味俱全,但是,蜜蜂是如何做到这一点的,却不甚了了.现在,德国歌廷根大学农业生态学家特贾·斯昂克的团队初步解开了这个谜.斯昂克首先在印度尼西亚发现,在生活着更多蜜蜂的地方,咖啡不仅产量更高,咖啡豆形状不均匀等畸形现象也明显减少.他们认为,这是蜜蜂的授粉起了作用,于是决定通过蜜蜂对草莓授粉来进一步证实这个推论.
草莓这种果实既可以经昆虫或风媒传粉,也可以自花授粉.从结构来看,每颗草莓都是许多
小型果实组成的多果实集合体,因此无论是自花授粉还是蜜蜂授粉,都应当把花粉传授到每个花朵内的约200个子房中,这样的果实才会饱满和味好.如果依靠自花授粉,未必能使这200个子房都获得授粉,但是,如果靠蜜蜂授粉,就有可能让这200个子房都能授粉,因而结出的果实会更好.
从这个假设出发,斯昂克选择了9种主要的草莓品种种植在一个实验农场内,同时在农场内放养了许多野生蜜蜂和家养蜜蜂,这显然引进了蜜蜂多样性要素.结果表明,与风媒授粉的草莓相比,蜜蜂授粉的草莓不仅更加鲜艳、明亮,而且出现畸形的情况更少,果实更结实.对于草莓来说,果实的结实似乎更为重要.与风媒传粉的草莓相比,蜜蜂传粉的草莓保质期长达近12小时.这点时间也许不值得称道,但是,一般草莓仅仅经过4天存储后,超过90%就破相而难以出售.但是,如果有额外的12小时的保质期,农民的损失就会减少约11%.
蜜蜂授粉的草莓为何有这么好的品质？斯昂克的研究结果给予了解释.蜜蜂授粉提高水果质量可能是因为它一方面让所有的小果实都获得了授粉,从而让果实更结实一些；另一方面会刺激两种主要的植物激素——生长素和赤霉酸产生.生长素可以促进细胞的分裂和生长,从而增加草莓的重量和紧实度；赤霉酸则可以延迟草莓的软化,以帮助水果对抗擦伤和霉菌.还有一个优势是蜜蜂传粉的草莓更鲜艳.研究人员坦承尚不清楚蜜蜂授粉是如何影响水果颜色的,但是,草莓的颜值更高会吸引更多的蜜蜂和其他虫媒前来采蜜和传粉,这对于作物的产量和品质又起到正面推动作用.
蜜蜂的传粉如何优于其他传粉动物？
蜜蜂对草莓的传粉只是在某种程度上揭示其传粉的优势,结合其他作物和比较其他传粉动物,就更能了解蜜蜂的传粉优势是建立在与其他生物相互适应和共生的演化进程中.瑞士苏黎世大学的进化生物学家丹尼尔·格维西团队最近发表在《自然通讯》上的一篇文章表明,传粉昆虫可以在短期内加速油菜的近亲野芥菜的进化,而且进化的方向和速度取决于传粉昆虫的种类.与食蚜蝇相比,由熊蜂（蜜蜂的一种）传粉的野芥菜植株长得更大,开的花芳香气味更浓郁,而且野芥菜的这种进化速度只需要短短9代.
研究人员以3种传粉方式对野芥菜的传粉结果和繁殖进行对比研究,第1种由熊蜂对野芥菜传粉；第2种由食蚜蝇对野芥菜传粉；第3种为对照组,由人工对野芥菜传粉.在3组实验各进行9代后,再测量野芥菜的一些表型性状,如植株的大小,花瓣反射紫外光（蜜蜂由此可看到花）的面积和每朵花释放芳香气味的量等.总的结果显示,熊蜂传粉的野芥菜植株个体更大,能反射较多紫外光的花更多,花朵释放的芳香味更浓郁；由食蚜蝇传粉的野芥菜植株个体较小,花朵释放的芳香气味较淡,自花授粉的情况更多.原因在于,食蚜蝇传粉的效率低,促使该实验组的野芥菜自花授粉增加,以适应食蚜蝇传粉的不足.这一点特别影响到野芥菜进化的方向和质量,因为较少有杂交的野芥菜无法或很少体现出杂交优势.
这些结果表明,野芥菜向不同方向进化的机制是由传粉昆虫对植物的喜好决定的.在试验的后期,熊蜂更偏好采蜜由熊蜂传粉的实验组野芥菜菜花,而较少采蜜由食蚜蝇传粉的野芥菜菜花.这个研究提示,野芥菜已经演化出适应熊蜂的偏好.同时,传粉动物只对野芥菜进行9代传花授粉就促使其性状产生较大变化,说明在自然条件下,传粉生物无论是在数量上和多元化上（包括多种传粉动物和同一传粉动物,如蜜蜂的多元化）都会促使作物和植物快速演化,其中蜜蜂的授粉更是促使作物快速演化的一个重要因素.
蜜蜂的身体结构造就美妙果实
过去的研究表明,蜜蜂的行为特点有些类似人类,如蜜蜂的集体行为、信息传递和决策等,这些行为既决定了它们能采集到很多花粉来酿蜜,与此同时,也能为更多的作物传粉,提高作物的产量和品质.然而,自然的演化造就了蜜蜂身体结构的变化,使其在适应环境的同时,也利用自身的身体结构让其传花授粉的效率更高,结果更好,这其中就有一个人们新近认识的蜜蜂身上无数绒毛的作用.
蜜蜂是勤劳的工作者,主要是工蜂外出采蜜.人们常常看到,采集花粉后的蜜蜂两只后足上携带着厚厚的花粉粒,有时候它们身体和脑袋上也沾满了花粉,这些花粉其实就是挂在蜜蜂身上约300万根绒毛上,这些密密麻麻的绒毛保证了蜜蜂能把花粉采集到手,而且能运送回家.研究发现,一只工蜂一次外出觅食可以采集相当于自身体重30%的花粉,它们身上的绒毛就相当于一只只微小的勤劳的手.
在不停的采集过程中,蜜蜂还得移除采集到的花粉,其作用有二,一是移除的花粉可以落在其他花朵,从而完成授粉,因此蜜蜂是作物的“媒人”.准确地说,是作物交配的推手和主宰者,从而让作物“怀孕结子”；其二是,移除旧有的花粉,才会腾出手来采集新的花粉,并且移除的花粉是一次收集的过程,即把花粉收集到自己后腿上的花粉篮中.
蜜蜂是如何完成这些行为的呢？美国乔治亚理工学院的吉列尔莫·阿曼达研究团队用高速摄像机观察蜜蜂的采集花粉的行为,发现蜜蜂是用足和口器（嘴）擦拭身体来收集和移除花粉,可以统称为梳理行为.其中最关键的是其绒毛在不同身体部位分布的密度,让绒毛产生了梳子般的功能,有效地完成收集和移除花粉的任务.
蜜蜂身体、复眼与前足上的毛间距是不同的,其身体和复眼上的毛与毛之间的距离与蒲公英花粉颗粒的大小相当,这个毛间距使得花粉颗粒容易黏附在绒毛上.但蜜蜂前足跗节上的绒毛密度很小,毛与毛之间的距离比复眼和身体上的小5倍,这些极为致密的绒毛实际上就形成了花粉刷,能够像梳子一样把身体和复眼上的花粉颗粒梳下并有效收集起来,转移到后足的花粉篮中.
采用高速摄像机定性定量的观察发现,蜜蜂在3分钟内能从身上梳下并收集1.5万颗花粉颗粒.这种高效的采集花粉颗粒的行为依赖的是前足上浓密的绒毛花粉刷.在高速摄像机下,研究人员还发现,蜜蜂的梳理行为更像设计好程序的机器人,蜜蜂不管身体上有没有花粉,总是有规律地梳理身体,对复眼要梳理几十下,每只足梳理6下,而且第一次梳理收集的花粉最多.
为了证实在高速摄像机下观察到的现象,研究人员还设计了仿真蜜蜂足来模拟蜜蜂前足梳理复眼上的花粉的过程,证实这种梳理能够有效收集花粉.但是给仿真蜜蜂足涂上蜡时,光滑无毛的仿真足收集的花粉比不涂蜡的仿真足少4倍.这说明,蜜蜂的绒毛花粉刷是其适应自然而进化的有力生存工具.
另一方面,花粉颗粒表面上的黏稠液体形成的花粉鞘也会帮助蜜蜂有效收集花粉颗粒,因为花粉鞘能够增加花粉的黏附性.在试验中研究人员把花粉鞘去除掉时,发现蜜蜂收集花粉的能力下降了50%.
这些结果表明,蜜蜂采集花粉是与植物相互适应的过程,而且蜜蜂在不同的花朵上梳理花粉的行为也无意地完成了对作物的“蜜蜂受精”,促成了作物的联姻和,随之而来的是果实的成熟,为人类和其他生物提供食物,也促进自然的演化和维持生态平衡.
显然,减少农药使用、阻止全球变暖、保护环境和减少人类用地的扩张等,是保护蜜蜂,也是保人类和生态的有效办法.
【责任编辑】赵新宇
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