我们分析了1680个小时的熊蜂打斗，发现打赢的那只出现了一个神奇的变化 | 葛瑨
科技
科学
2024-07-17 17:51
北京
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希望大家能了解熊蜂，
喜欢熊蜂，
最后爱上熊蜂。
葛瑨 · 中国科学院动物研究所助理研究员
格致校园第26期 | 2022年7月9日 北京
大家好，我是葛瑨，来自中国科学院动物研究所。我日常的工作就是采集熊蜂、饲养熊蜂、还有观察熊蜂。熊蜂是长得像熊的蜂，它和蜜蜂很不同，个体要比蜜蜂大一点，四肢要更粗壮一些，身上有很多毛。自从2018年博士毕业之后，我就一直开始研究熊蜂的行为，到现在为止已经将近4年了。之前我研究的是蝇类害虫的行为，为什么我会转而研究熊蜂呢？一个很重要的原因是，它长得实在太好看了！颜值非常高，毛绒绒的，像一个玩具一样。可想而知，我之前整天对着小苍蝇发呆，现在可以看到这种熊蜂，光看它我就觉得很治愈。另外一个原因是，熊蜂有着非常特殊的生活习性。熊蜂和蜜蜂一样是群居的，也有蜂王和工蜂的差别。这张照片右边大个的就是蜂王，它大概相当于我大拇指的第一个指节这么大，要比旁边那个工蜂大2-3倍。蜜蜂的蜂王是出了名的好吃懒做：除了吃，还有睡，再就是下蛋产卵。但是熊蜂的蜂王可不一样，它要承担起建筑整个蜂群的重任。除了产卵，它还会外出劳动，是位多面手。熊蜂除了长得萌萌哒之外，它还有一个非常重要的应用，那就是给温室大棚的瓜果蔬菜来授粉。这是一株番茄，它的花柄上有很多毛。另外，这个花长得并不很好看，可以说有点丑陋。所以，大部分的传粉昆虫是非常嫌弃番茄的，更何况番茄的植株还会释放很刺鼻的气味。但是熊蜂对这一切都不在乎，它在短短几十秒的时间，就可以把一株番茄上的花粉收集起来，效率非常高。
但当我决定开始研究熊蜂的时候，却遇到一个难题:上哪里去找熊蜂？于是，我查阅了很多文献，翻了很多资料。我发现，熊蜂的蜂王从冬眠中醒来后，就会跑到花朵上采食花蜜。以北京来说，山桃花是熊蜂蜂王的最爱。于是，我就满北京城地找山桃花，但都无功而返。所以，我把眼光放到了更远的郊区，最终在北京靠近河北的雾灵山的山谷中，发现了熊蜂的蜂王。 这是我第一次见到熊蜂蜂王时拍摄的视频，当时非常激动，手都有点抖了。但这个视频也不敢拍摄很久，我迅速拿起自制的捕虫网，去捕捉这只蜂王。但是很可惜，还是让这只蜂王跑掉了。尽管有很多蜂王来访问山桃花，但是它访花的位置非常高，移动的动作又非常快。所以，当我准备好姿态去捕捉它的时候，它就溜走了。经历了一个上午，我胳膊也酸了，腿也麻了，只捉到了4只蜂王。有没有更好的采集蜂王的办法呢？我发现，熊蜂的蜂王在采集完花蜜之后，总是会往地面上飞行。这是为什么？因为它们要找巢穴。大家都听说过孟母三迁的故事，熊蜂它找巢穴是非常严谨的，要比孟母三迁还要夸张。图片中标出的位置，实际上就是它的两类非常理想的巢穴。一种是鼠类或者蛇类的洞穴，另外一种是石墙的缝隙或者是树洞，它们的位置非常隐蔽。但是这样的隐蔽巢穴，实际上在野外是非常稀缺的，就好比我们海淀区的学区房一样非常难找。所以，熊蜂在找这些巢穴的时候很谨慎，而且飞行得很慢，这样就为我们采集熊蜂的蜂王创造了机会。运气好的话，一上午能捉到十多只蜂王，这个效率比刚才的那4只，真是翻了一倍还多。捕捉到蜂王之后，我们就像左图这样，用采虫管把蜂王小心翼翼地扣起来。采虫管也是特制的（右图），它底面的6个孔是为了保证熊蜂蜂王的透气。另外整个管壁是用白色塑料做成的，是为了隔绝视觉的干扰，让熊蜂蜂王很快进入一个安静的状态。之后我们把采虫管放到一个保鲜盒里面，保鲜盒下面有冰袋。在这样冷却的环境里，蜂王很快地就睡着了，它睡一觉之后醒来发现已经在我们实验室中了。历经了千辛万苦，总算采了很多蜂王。还没等我兴奋一段时间，马上又迎来了一个打击。尽管蜂王在实验室的环境中可以产卵，卵也能发育成工蜂。但是我们发现，工蜂总是会莫名其妙地死亡。大家看到这张照片中翅膀上翘的就是死亡的工蜂，我们解剖了这些工蜂，发现消化道有溃烂的现象，说白了就是它们拉肚子了。我忽然想起来，工蜂在野外吃的是新鲜的花蜜；但是在室内，它只能取食我们提供的糖水。我们把糖水放在这个倒扣的管子中，时间一长，糖水就容易变质、长出微生物。所以，我就往糖水中加了一种食品添加剂叫做山梨酸钾，这样，工蜂就不会再拉肚子，可以非常快乐地活动了。正当我想要松一口气的时候，另外一个打击又来了。我发现有些工蜂不能正常地脱茧而出，将剖开的茧放到显微镜下观察，下面的景象令人很震惊——每只熊蜂蜂蛹上总是聚集了很多黑色的小虫！这种小虫是什么？它叫小蜂，是一种寄生虫。它们把卵产在了熊蜂的蜂蛹里面，让熊蜂不能正常羽化。这个罪魁祸首我找着了，下面就要把它捉拿归案。但是小蜂很小，还不如一只蚊子的1/3大。所以说我们就想到用黑光灯来诱杀：利用黑光灯释放的紫外线把小蜂诱集过来，在黑光灯下面放一个水盆。第二天上午，就发现数以百计的小蜂尸体躺在了水面上。寄生的问题总算解决了。在解除了以上两个不利因素后，我们的蜂群终于可以正常地发展了。这是一个非常健康的蜂群，蜂蜡是鲜艳的黄色，蜂王在上面产了很多卵，幼虫和蜂茧都发育地很正常，工蜂的皮毛也是非常鲜亮的。在我们的精心照料下，短短的不到两个月的时间，这个蜂巢就发展成为有超过200只工蜂的超大群体。这样的规模在野外都是非常罕见的。接下来，我们就将培育的熊蜂打包放在纸盒中，送给了农业合作社的农户们，来考察我们的熊蜂在授粉上面到底表现如何。每一群熊蜂，都在不超过一周的时间内完成了一亩地番茄的授粉，可以说非常高效。番茄取得了大丰收，它的座果率和果实的重量一点不亚于国外熊蜂授粉的番茄。▲左：人工授粉
右：熊蜂授粉
除此之外，我们还比较了人工授粉的番茄和熊蜂授粉的番茄到底有什么不一样。左边的番茄就是人工授粉的番茄，尽管它好像大一些，但是似乎没那么圆，果肉也是白白的。如果我们闻一下的话，它并没有什么香味。右边的番茄是熊蜂授粉的番茄，它不仅圆润而且饱满，通体是红色，还散发着番茄特有的香气。很遗憾地告诉大家，目前大家从超市买的番茄都是左边这种。如果大家想品尝更好吃的番茄，欢迎报考我们实验室，加入我们的团队。另外，在饲养熊蜂的过程中，我们也发现了一些很有趣的现象。其中我最感兴趣的就是工蜂之间的打架。熊蜂的蜂王是非常辛苦的，它要从事很多劳动，这就意味着它要更劳累。实际上，它的寿命要比蜜蜂的蜂王要短很多。当熊蜂蜂王很强壮的时候，整个蜂群的工蜂是很听话的。但是当蜂王衰老的时候，一些不安分的工蜂就开始抱团打架了，而且打得很厉害。从这个动图中大家可以注意到，每一只蜂身上都背着一个小标签。这些标签有什么作用？大家可以思考一下，待会我告诉大家答案。为了研究工蜂的打斗，就必须把工蜂从蜂群中挑出来。这是一个非常艰难的任务，因为工蜂是会蜇人的，而且它的蜇针相当厉害。我一开始不知道，以为戴上一个橡胶手套就可以了。结果工蜂马上给了我当头一棒，把我的大拇指扎成了这样的颜色。后来我就想防护一下，买了非常厚的防蜂衣，戴上了特制的防蜂蜇的手套，然后开始操作。的确，熊蜂不蜇我了，但是很多熊蜂飞出来，我的同事们可惨了。有的同事对蜂毒过敏，直接蜇成了香肠嘴，送到医院打吊瓶去了。后来，我想到一个万全之策，那就是在红光下展开操作。因为熊蜂对红光是不敏感的，当我把蜂箱盖揭开的时候，它们以为还是晚上，所以同事和我都开心了。我选取的是刚刚从蜂茧中羽化的工蜂，叫0日龄的工蜂。换句话说，它就好比新生儿，毛都是白色的，没有社会经验。把它挑出来之后放到小盒中，这里出现了刚才视频中的小标签。这些标签是干什么用的？这些熊蜂长得都很像，根本分不出谁是谁。所以，我们的标签是为了区分它们的每一个个体。这种标签也是特制的，它不仅有好几种颜色，而且有好多种数字。光凭这些标签，就可以区分上百只熊蜂，知道哪只是哪只了。随后我们把这些打过标签的工蜂，两两放在培养皿里面，这是因为要观察打斗，它必须要有对手。然后，我们用一个红外摄像机对熊蜂的打斗行为进行了很长时间的观测。在长达一周的时间，我们录了10对熊蜂的行为，总共获得1680个小时的录像。这些录像记录了每一对熊蜂打斗的动作，然后我们就一点点地回看慢放，总共花了将近3个月的时间才把这些录像分析完。我们就发现了非常有意思的现象，熊蜂的打斗尽管特别多样，但却是有规律的。刚开始，当我把熊蜂配对在一块的时候，它们彼此之间还是很和平的。在刚开始两天是没有肢体接触的，只会通过腹部的搏动，就好比人类摩拳擦掌一样来热身。但到了第三天，战斗忽然升级了，其中一只工蜂就用牙齿咬住另外一只工蜂的牙齿，我们管这种以牙还牙叫做钳制。钳制发生之后，两只工蜂就抱团摔在一块了。我们也不知道谁打谁，反正就抱在那摔，这种行为叫做扭打。扭打之后，两只工蜂开始相互振下翅膀。最后，一只工蜂还会使用头撞另外一只工蜂。我们发现，扭打这个动作很关键，尽管它只发生在几分钟之内。在扭打之前，两只蜂是势均力敌的。扭打之后，它们就很快知道对方的实力，输赢就见分晓了。尽管扭打发生得非常激烈，但是我们从来没有发现一只蜂把另外一只蜂蜇死或者蜇伤的情况。这就说明它们的打斗是非常文明的，特别像一种仪式。扭打之后，这两只蜂一只赢了、另一只输了。我们将赢了的胜利者叫做阿尔法蜂，输了的失败者叫贝塔蜂。从这个视频可以看到，右下角这只贴了标签的贝塔蜂，它不断地躲避阿尔法蜂。它已经害怕了，不会再挑战阿尔法蜂的地位。熊蜂工蜂通过这样的一种仪式化的打架到底是为了什么？带着这个疑问，我们解剖了配对之后一周的两只工蜂的卵巢——因为它们都是雌性的。我们就发现，胜利的工蜂它的卵巢发育了；但是失败的工蜂它的卵巢发育水平维持在一个非常低的基准状态。那么，打赢的工蜂有没有可能成为蜂王呢？很遗憾，它不可能成为蜂王。为什么？因为打赢的蜂王它不能跟雄性来交配，它产的卵都是通过孤雌生殖产下的发育成雄性蜂的卵。因此，一只打赢的阿尔法蜂永远不可能成为蜂王，它最多只能成为制霸一方的诸侯。到现在，研究就有了初步的结论，但是我们仍然想通过一些方法来加速分析工蜂打斗的进程。于是，我们就和中科院微电子所的老师合作。在他们的帮助下，利用计算机视觉的方法开发了一种算法，我们就能自动识别哪些工蜂打斗、哪些工蜂没有打斗。在这个图片中，绿色的是两个工蜂，很和平，没有什么冲突。红色的是两个工蜂抱在一块摔，冲突就被发现了。所以这就能一目了然地看清楚到底哪些工蜂在打架，我们终于可以不用花3个月的时间来看视频了。在演讲的最后，给大家说一个彩蛋。这是我非常喜欢的一位国外摄影师的作品，熊蜂身上带了很多花粉站了起来。从它的姿态上面，大家是不是发现它像一个很经典的动漫角色——机器人大黄蜂？实际上，熊蜂就是大黄蜂的原型，大黄蜂原名bumblebee，翻译过来就是熊蜂。但是因为翻译的错误，我们现在管它叫做大黄蜂，这一点我十分气愤。所以，熊蜂真的是一种非常可爱的昆虫。我希望借助今天的演讲，大家也能了解熊蜂，喜欢熊蜂，最后爱上熊蜂。文章和演讲仅代表作者观点，不代表格致论道讲坛立场。“格致论道”，原称“SELF格致论道”，致力于非凡思想的跨界传播，旨在以“格物致知”的精神探讨科技、教育、生活、未来的发展，由中国科学院计算机网络信息中心和中国科学院网络安全与信息化办公室主办，中国科普博览(中国科学院科普云平台)提供技术支持。欢迎关注格致论道官网: self.org.cn，微信公众号: SELFtalks，微博: 格致论道。
