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傳粉蜜蜂遭遇危機(jī), 蒼蠅的親戚被“培訓(xùn)上崗”

2020-12-23 04:15
中國科學(xué)探險 2020年4期
關(guān)鍵詞:傳粉采蜜蜂巢

為了解決生態(tài)危機(jī),科學(xué)家真的無所不用其極?!祪?nèi)心OS:用AI訓(xùn)練我,你是真的狗。

蜜蜂是自然界中最重要的傳粉生物。近年來,它們的生存受到多重威脅,不僅野生蜂群規(guī)模不斷減小,人工養(yǎng)殖蜂群也飽受傳染病和寄生蟲的侵襲。這樣下去必將遭遇生態(tài)危機(jī)。

于是,蒼蠅的親戚,僅次于蜜蜂的第二大傳粉物種——花虻,進(jìn)入了人們的視野。為了讓這群“中等生”達(dá)到蜜蜂的水平,科學(xué)家動用AI對它們進(jìn)行培訓(xùn)?!罱K結(jié)果,還挺棒的。

最出色的園丁

蜜蜂穿梭于花叢中,在芬芳艷麗的海洋中忙碌,用獨特的舞蹈向同伴傳遞花田的信息。

據(jù)統(tǒng)計,這些神奇的小精靈為了收集花蜜,每天離開蜂巢約15次,每次造訪約100朵花。在花海中頻繁穿行的同時,也幫助各種植物完成傳粉,成為植物生命循環(huán)中不可缺失的一部分。

根據(jù)農(nóng)業(yè)大國美國的數(shù)據(jù)顯示,蜜蜂承擔(dān)著為超過80%農(nóng)作物傳粉的重大責(zé)任, 每年蜜蜂為農(nóng)產(chǎn)品帶來的收益至少150億美元。

然而近年來蜜蜂的傳粉活動卻面臨著不少挑戰(zhàn)。

傳粉越來越困難

農(nóng)藥是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中防治病蟲害的有效手段,但很多常用的農(nóng)藥對于蜜蜂而言卻并不安全。

例如,科學(xué)家曾讓蜜蜂接觸對哺乳動物低毒性而廣泛使用的殺蟲劑新煙堿。在實驗開始的48小時內(nèi),并沒有觀察到蜜蜂的異常死亡,但之后它們的行為逐漸變得遲鈍,方向感和發(fā)現(xiàn)花朵的能力大大受損。

影響蜜蜂傳粉的第二大敵人是空氣污染。蜜蜂借助植物釋放的氣味分子確定花朵的位置,而空氣中的污染物會與這些氣味分子相互作用,干擾蜜蜂的采蜜行為,從而導(dǎo)致植物傳粉效率的下降。

除了上述兩點,氣候變化、棲息地減少、病原體增加、寄生蟲肆虐等都威脅著蜜蜂的正常采蜜活動,進(jìn)而影響傳粉,導(dǎo)致農(nóng)作物減產(chǎn)。人類急需找到新方法以確保傳粉順利進(jìn)行。

蒼蠅的親戚要上崗?

自然界的傳粉昆蟲不僅有蜜蜂,還有蝴蝶、甲蟲,甚至蒼蠅等。聽起來雖然有些奇怪,但科學(xué)家們將目光投向了蒼蠅的親戚——花虻。

花虻是僅次于蜜蜂的第二大傳粉物種。它們常常懸停(Hover)在花朵上,于是就有了Hoverfly這個名稱。

花虻的外形酷似蒼蠅(同屬雙翅目,只有一對翅膀),但是“配色”神似蜜蜂或大黃峰(屬于膜翅目,有大小兩對翅膀)。通常蜜蜂都帶有尖刺,對于獵食者而言并不美味?;涤纱死米约旱耐獗矶惚懿妒痴吖簦胺Q擬態(tài)的典范。

在英國大約有250種花虻,出沒在春、夏、秋季的果園和田野中。成蟲主要以花粉和花蜜為食,能幫助不同季節(jié)開花的植物傳粉。而幼蟲的食譜包括真菌、植物甚至其他昆蟲。有些種類的花虻幼蟲喜歡吃蚜蟲和其他害蟲,對于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)也有一定幫助。

實際上,并不出名的花虻承擔(dān)了全世界大約30%的傳粉任務(wù)。在歐洲,70%需要動物傳粉的植物上都有花虻的身影。

與蜜蜂相比,花虻有多種優(yōu)勢。首先,它們不像蜜蜂那樣擁有固定的蜂巢,因此采蜜距離不受限制,可以攜帶花粉進(jìn)行更長距離的飛行。其次,花虻擁有多樣的種類,它們中的某些類型經(jīng)常光顧小型花朵等蜜蜂不屑于采蜜的植物。最后,花虻容易人工散養(yǎng),人們早已在溫室中飼養(yǎng)花虻以幫助作物傳粉。

花虻能成為僅次于蜜蜂的第二大傳粉生物,真真的是靠實力。

那么,既然花虻有如此優(yōu)勢,為什么傳粉能力還是遜于蜜蜂呢?最大的問題出在效率上。簡單來說就是——不專心。

它們在傳粉途中經(jīng)常會被其他事物吸引而分散注意力。和在蜂巢和花叢中兩點一線的蜜蜂相比,花虻時常在采蜜途中花很多時間去采食雜草。

因此,要想讓花虻來代替蜜蜂,就必須找到一種辦法,讓花虻改掉“貪玩”的臭毛病。

用AI訓(xùn)練“優(yōu)等生”

真有人這么干了。英國的一家創(chuàng)業(yè)公司開發(fā)了一款名叫“Olombria”的系統(tǒng),來訓(xùn)練花虻采蜜時的專注力。

該系統(tǒng)集成了傳感器、AI芯片以及化學(xué)信號發(fā)生器,可以安置在果園或田地等特定地點。整個系統(tǒng)可以自動判別開花區(qū)域,并誘導(dǎo)花虻在目標(biāo)位置傳粉,經(jīng)過訓(xùn)練的花虻的傳粉效率直逼蜜蜂!

系統(tǒng)通過照相機(jī)等傳感器采集某一地點的特征,比如,傳粉生物類型、傳粉效率、時間、地點以及溫度等。利用這些數(shù)據(jù),AI就可以自行建立模型并判斷是否需要人工干預(yù)傳粉。

當(dāng)?shù)贸鰝鞣鄄蛔愕难信袝r,系統(tǒng)就會自動發(fā)射化學(xué)信號,以誘使花虻向該區(qū)域移動。

這種化學(xué)信號當(dāng)然是花虻喜歡的,可能是它們鐘愛的某種植物的氣味。

AI還會對它們的飛行路線進(jìn)行優(yōu)化,以較優(yōu)的方式設(shè)計好信號發(fā)生器的開啟順序。這樣,受引導(dǎo)的花虻就像參加了一場汽車?yán)愐粯?,通過一個個節(jié)點,為植物傳遞花粉。

有意思的是,該公司的研究還顯示,讓花虻和蜜蜂一起工作,會產(chǎn)生意想不到的協(xié)同效應(yīng):受到花虻“威脅”的蜜蜂,會更加賣力地采蜜。

努力解決傳粉危機(jī)

野生蜜蜂的短缺,已經(jīng)給農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量造成了很大沖擊。

在英國,全國杏仁農(nóng)場在開花季節(jié)租借或購買蜂巢的花費每季度高達(dá)15億美元。且租借的蜂巢在農(nóng)場間流通時,大規(guī)模運輸常會導(dǎo)致病原體和寄生蟲激增的后果。

如果在某個農(nóng)場發(fā)生感染,其他農(nóng)場的正常傳粉時機(jī)也將發(fā)生延誤,使得整體產(chǎn)量受損。

面對該困境,AI花虻訓(xùn)練系統(tǒng)無疑給出了一個解決方案。但是離真正的大規(guī)模應(yīng)用,仍然路途漫長。

針對不同的植物和花虻種類,以及氣候變化等各種外界特征,AI系統(tǒng)需要不斷進(jìn)化才能趨于完美。不過,相信隨著技術(shù)的進(jìn)步,系統(tǒng)會變得越來越智能。

對于這項技術(shù)的未來,其設(shè)計者也說:“我們必須要堅守的底線就是,在農(nóng)業(yè)、昆蟲和環(huán)境中保持一個平衡,而不完全拋棄任何一方。在此基礎(chǔ)上開發(fā)出便捷而充滿先進(jìn)科技的系統(tǒng),才是我們的目標(biāo)。這場傳粉危機(jī)終將會被解決。”

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