Roboty w służbie pszczół. Tak naukowcy próbują ratować kurczące się kolonie

Farshad Arvin, Martin Stefanec i Tomas Krajnik

03-12-2023

Niezależnie od tego, czy słyszymy o tym w wiadomościach, czy też zauważamy malejącą liczbę stworzeń uderzających w przednią szybę naszych samochodów, trudno zaprzeczyć, że świat owadów jest w złej kondycji. W ciągu ostatnich trzech dekad globalna biomasa owadów latających zmniejszyła się o 75 proc. Wśród najbardziej znaczących ofiar tego trendu jest najważniejszy zapylacz na świecie, pszczoła miodna.

Tylko w 2023 r. w Stanach Zjednoczonych zginęło 48 proc. kolonii pszczół miodnych, co czyni ten rok drugim najgorszym w historii. Ta znacząca strata jest częściowo spowodowana zaburzeniem upadku kolonii (CCD), co powoduje nagłe znikanie pszczół. Z kolei kraje europejskie zgłaszają niższe, ale nadal niepokojące wskaźniki strat kolonii, wynoszące od 6 proc. do 32 proc.

Spadek ten powoduje, że wiele z naszych podstawowych upraw jest niedostatecznie zapylonych, co zagraża bezpieczeństwu żywnościowemu społeczeństwa.

Pszczoły-roboty to mit rodem z filmów science-fiction

Co zatem można zrobić? Biorąc pod uwagę rolę pestycydów w spadku liczebności kolonii pszczół, powszechnie proponowane rozwiązania obejmują odejście od rolnictwa przemysłowego na rzecz mniej intensywnych pod względem pestycydów, bardziej zrównoważonych form upraw.

Bądź na bieżąco z najważniejszymi informacjami subskrybując nasz codzienny newsletter 300Sekund! Obserwuj nas również w Wiadomościach Google.

Inni spoglądają w stronę science-fiction, a niektórzy naukowcy wyobrażają sobie, że w końcu moglibyśmy zastąpić żywe pszczoły miodne robotami. Takie sztuczne pszczoły mogłyby wchodzić w interakcje z kwiatami jak naturalne owady, utrzymując poziom zapylenia pomimo malejącej liczby naturalnych owadów. Wizja sztucznych zapylaczy przyczyniła się do powstania śmiałych projektów robotów wielkości owadów, zdolnych do latania.

W rzeczywistości takie wynalazki więcej mówią o fantazjach inżynierów, niż przyczyniają się do ożywienia kolonii pszczół, więc ich szanse na realizację są znikome.

Po pierwsze, te sztuczne zapylacze musiałyby być przystosowane do czegoś więcej niż tylko latania. Codzienne zadania wykonywane przez zwykłą pszczołę obejmują wyszukiwanie roślin, identyfikowanie kwiatów, dyskretną interakcję z nimi, lokalizowanie źródeł energii, unikanie potencjalnych drapieżników i radzenie sobie z niekorzystnymi warunkami pogodowymi. Roboty musiałyby wykonywać wszystkie te czynności w warunkach naturalnych, przy bardzo wysokim stopniu niezawodności, ponieważ każdy zepsuty lub zagubiony robot może spowodować szkody i rozprzestrzeniać zanieczyszczenia.

Po drugie, wciąż nie wiadomo, czy obecny stan naszej wiedzy technologicznej pozwoliłby na wyprodukowanie takich urządzeń. Nie wspominając nawet o cenie roju robotów zdolnych do zastąpienia poziomu zapylenia zapewnianego przez pojedynczą kolonię pszczół miodnych.

Wewnątrz inteligentnego ula

Zamiast próbować zastąpić pszczoły miodne robotami, nasze dwa najnowsze projekty finansowane przez Unię Europejską proponują, aby roboty i pszczoły miodne faktycznie połączyły siły. Gdyby się to udało, zmagające się z trudnościami kolonie pszczół miodnych mogłyby zostać przekształcone w biohybrydowe jednostki składające się z biologicznych i technologicznych komponentów o uzupełniających się umiejętnościach. To zwiększyłoby i zabezpieczyło wzrost populacji kolonii, ponieważ więcej pszczół przetrwałoby surowe zimy. Przyniosłoby to też więcej pożytku jeżeli chodzi o zapylanie okolicznych ekosystemów.

Czytaj też: Metryka nie ma znaczenia, liczy się wiek biologiczny. To od niego zależy nasze zdrowie

Pierwszy z tych projektów, Hiveopolis, bada, w jaki sposób złożony, zdecentralizowany mechanizm podejmowania decyzji w kolonii pszczół miodnych może być stymulowany przez technologię cyfrową. Rozpoczęty w 2019 r. i mający zakończyć się w marcu 2024 r. eksperyment wprowadza technologię do trzech obserwowanych uli, z których każdy liczy 4000 pszczół. Dla porównania, normalną kolonię zamieszkuje 40 000 pszczół.

W tym inteligentnym domu dla pszczół miodnych plastry mają zintegrowane czujniki temperatury i urządzenia grzewcze, dzięki czemu owady mogą cieszyć się optymalnymi warunkami wewnątrz kolonii. Ponieważ pszczoły mają tendencję, by lgnąć do cieplejszych miejsc, plastry pozwalają nam również kierować je do różnych obszarów ula. Jakby tej kontroli było mało, ule są również wyposażone w system elektronicznych bramek, które monitorują ruchy owadów. Obie technologie pozwalają nam decydować, gdzie pszczoły przechowują miód i pyłek, ale także kiedy opuszczają plastry, aby umożliwić nam zbieranie miodu. Wreszcie, inteligentny ul zawiera robotyczną pszczołę przewodniczkę, która może kierować żerujące pszczoły w kierunku obszarów z roślinami do zapylenia.

Ze względu na niewielką skalę eksperymentu niemożliwe jest wyciągnięcie wniosków na temat zakresu, w jakim nasze technologie mogły zapobiec spadkowi populacji pszczół. Nie ma jednak wątpliwości, że to, co widzieliśmy do tej pory, daje pewne podstawy do optymizmu. Możemy śmiało stwierdzić, że nasze inteligentne ule pozwoliły koloniom przetrwać ekstremalne mrozy w sposób, który w innym przypadku nie byłby możliwy. Dokładna ocena liczby pszczół uratowanych dzięki tym technologiom wymagałaby zwiększenia skali eksperymentu do setek kolonii.

Rozpieszczanie królowej pszczół

Nasz drugi projekt finansowany przez UE, RoboRoyale, koncentruje się na interakcji królowej pszczół miodnych i jej robotnic, z robotami w tym przypadku stale monitorującymi i wchodzącymi w kontakt z Jej Królewską Wysokością.

W 2024 roku wyposażymy każdy ul w grupę sześciu robotów wielkości pszczoły, które będą pielęgnować i karmić królową pszczół miodnych, aby wpływać na liczbę składanych przez nią jaj. Niektóre z tych robotów będą wyposażone w mikropompki mleczka pszczelego, aby ją karmić, podczas gdy inne będą miały mikroaktywatory do jej pielęgnacji. Roboty te zostaną następnie podłączone do większego systemu robotycznego wyposażonego w kamery na podczerwień, które będą stale monitorować królową i jej otoczenie.

Naśladowanie pszczół robotnic

Mamy nadzieję, że w drugiej fazie roboty wielkości pszczoły i robotyczne ramię będą w stanie naśladować zachowanie robotnic, samic pszczół pozbawionych zdolności reprodukcyjnych, które opiekują się królową i karmią ją mleczkiem pszczelim. Bogata w wodę, białka, węglowodany, lipidy, witaminy i minerały pożywna substancja wydzielana przez gruczoły pszczół robotnic umożliwia królowej składanie nawet tysięcy jaj dziennie.

Pszczoły robotnice angażują się również w mycie królowej. Podczas takich interakcji zbierają niektóre feromony władczyni i rozpraszają je po całej kolonii, poruszając się po ulu. Obecność tych feromonów kontroluje wiele zachowań kolonii i powiadamia ją o obecności królowej. Na przykład, w przypadku śmierci królowej następczyni tronu musi zostać szybko wyhodowana z jaja złożonego przez zmarłą władczynię, pozostawiając tylko wąskie okno czasowe na reakcję kolonii.

Wreszcie, uważa się, że pszczoły robotnice mogą również działać jako przewodniczki królowej, prowadząc ją do składania jaj w określonych komórkach plastra. Rozmiar tych komórek może decydować o tym, czy królowa złoży diploidalne czy haploidalne jaja, w wyniku czego pszczoła przekształci się w trutnia (samca) lub robotnicę (samicę). Przejęcie tych obowiązków może wpłynąć na cały wskaźnik reprodukcji.

Jak roboty mogą zapobiegać kanibalizmowi wśród pszczół

Wszystko to może mieć jeszcze jeden pozytywny skutek: zapobieganie kanibalizmowi.

W trudnych czasach, takich jak długie okresy deszczu, pszczoły muszą radzić sobie z niewielkim spożyciem pyłku. Zmusza je to do podawania młodych larw starszym, aby przynajmniej one miały szansę na przeżycie. Dzięki RoboRoyale będziemy starali się nie tylko zmniejszyć szanse na wystąpienie takiego zachowania, ale także określić ilościowo, w jakim stopniu występuje ono w normalnych warunkach.

Ostatecznie nasze roboty umożliwią nam lepsze zrozumienie bardzo złożonych procesów regulacyjnych zachodzących w koloniach pszczół miodnych dzięki nowatorskim metodom badawczym. Wiedza uzyskana dzięki tym nowym technikom naukowym będzie niezbędna do lepszej ochrony tych cennych owadów i zapewnienia wystarczającego zapylania w przyszłości – przedsięwzięcia o dużym znaczeniu dla bezpieczeństwa żywnościowego.

Tłumaczył: Tomasz Krzyżanowski

Tekst został opublikowany w The Conversation i zamieszczony tutaj na podstawie otwartej licencji (Creative Commons license). Przeczytaj oryginalny artykuł.