日本研究員都英次郎用黏上馬毛的無人機製造了台「機械蜜蜂」。

被子植物,又稱開花植物,主要靠授粉進行繁殖。花的雄蕊負責產生花粉,雌蕊則接受花粉孕育種子。自花授粉的植物在尚未開花時,成熟的花粉粒就萌發成花粉管,把精子送入胚囊中受精,因此又叫「閉花受精」。異花授粉的雌蕊通常接受的都是另一朵花上的雄蕊花粉。異花授粉可以憑藉風之力,水之助,抑或以蟲、鳥為媒。「穿花度柳飛如箭,粘絮尋香似落星。」描寫的就是蜜蜂穿花而過時身體黏上花粉,當牠們飛到另一朵花上花粉被抖落至雌蕊的場景。相比自花授粉,異花授粉可以增加植物的基因多樣性,改進作物的質量和數量。

從蘋果到巴旦木,約莫全球四分之三的農作物種類都依靠蜜蜂和其他昆蟲傳粉。可是現在異花授粉的主力軍蜜蜂卻陷入了困境。近年來,美國甚至全球的蜜蜂數量都在急劇減少。這對農業和經濟領域來說簡直是一大噩耗——美國每年有超過150億美元的經濟作物都依靠蜜蜂授粉,其中包括蘋果、莓子、黃瓜和巴旦木。如果沒有這些授粉小使者,我們每天賴以生存的食物就不會如此豐富了。

2006年,美國的研究人員首次發現蜜蜂數量驟減,成年的蜜蜂將蜂巢遺棄,一直飛行直到死去。研究人員在比利時、法國、德國、荷蘭等歐洲國家也發現了類似現象。後來這種大批蜂巢內工蜂消失,蜂群生態崩解的現像被命名為「蜂群崩潰症候群」(Colony Collapse Disorder,簡稱CCD)。CCD的成因至今不明,有學者提出導致CCD的因素可能有蟲害、殺蟲劑的使用、郊區城市化、氣候變遷等等,但尚未證明CCD是由一種還是多種原因組合引起的,也未能確認這是一種新的自然現象,還是以前就存在但影響不明顯的自然現象。從2006年至今,美國的野生蜜蜂幾乎消失殆盡,去年美國宣布七種夏威夷蜜蜂步入瀕危狀態,同時被列入瀕危名單的還有生活在美國中西部及東海岸地區的北美熊蜂(Bombus affinis)。

「蜂群崩潰症候群」的現象讓日本產業技術綜合研究所的研究員都英次郎(Eijiro Miyako)萌生出了製造「機械蜜蜂」的想法。這個機械授粉師的原型是一個4公分見方,15克重的迷你無人機。都英次郎在無人機的底部裝上馬毛,來模擬蜜蜂毛茸茸的軀幹,並在馬毛上塗抹一層特別的黏性凝膠。

機器蜜蜂 (1)
都英次郎的馬毛無人機起到了機械蜜蜂的作用。/ 圖片來源: Eijiro Miyako / Chem

在都英次郎進行的室內粉色日本百合(Lilium japonicum)授粉實驗中,這架人工控制的無人機就像一隻真正的蜜蜂一樣在花朵間飛舞,帶凝膠的馬毛能黏取一朵花的花粉,再成功帶到另一朵花的雌蕊上。而且由於馬毛相當柔軟靈活,無人機在花朵上著陸時並沒有傷到雄蕊和雌蕊。

花朵
授粉過程。/ 圖片來源: Eijiro Miyako / Chem

這並非科學家們第一次發明機械蜜蜂。早在2013年,哈佛的研究員就公開了他們製作的機器蜂(RoboBee) ,這種微型飛行機械利用靜電原理可以停留在任何平面的底面。

機器蜜蜂 (2)
哈佛製造的微型機器蜂。/ 圖片來源:Wyss Institute at Harvard University

本文所介紹的都英次郎團隊發明的機械蜜蜂尚需人為遠程控制。他表示,希望今後可以結合人工智能、GPS和高畫質攝影機等技術開發出完善的自動化機械蜜蜂,讓無人機可以自行定線並正確著陸雌蕊,以幫助農民為自己的作物傳粉。但完成這些訴求對都英次郎來說還任重而道遠。目前都英次郎表示,之後他們會測試這種機械蜜蜂在實驗室外和真正的農場裡工作的效率如何。「我們希望機械蜜蜂可以幫忙應對蜜蜂數量銳減的問題,」 都英次郎說:「但更重要的是讓機械蜜蜂輔助真正的蜜蜂,一同完成傳粉。」

坎培拉澳洲國立大學的索爾.坎寧安(Saul Cunningham)認為,用無人機為花授粉這個點子很有意思,但其經濟可行性並不高。「就拿杏樹果林來舉例子,一片果園大約有幾千平方公里,每棵樹上又能開5萬朵花,」他說:「因此算算需要操控機械蜜蜂來傳粉的規模,實在大得令人咋舌。」不過人們也在研究幾種經濟上解決蜜蜂數量驟減問題更可行的策略,坎寧安如此說。例如減少殺蟲劑的使用,將依賴異花授粉的品種培育成可自花授粉的品種,以及用機器直接在植物上方噴撒花粉等,都是更好的蜜蜂管理策略。

編譯來源:

Chechetka, SA, Yu, Y., Tange, M., & Miyako, E. (2017). Materially engineered artificial Pollinators. , 2(2), 224–239. doi:10.1016/j.chempr.2017.01.008
klein, alice. (2017, February 9). Robotic bee could help pollinate crops as real bees decline.
Potenza, A. (2017, February 9). Bee optimistic: This drone can still pollinate plants even if all the bees die.

撰文:環球科技觀光團

編譯:陳銳路

編輯:遊識猷

本文來源於果殼網(微信公眾號:Guokr42),這是一個開放、多元的泛科技主題網站,提供負責任、有智趣的科技主題內容,歡迎關注他們。如需轉載請直接聯繫media@guokr.co