蜜蜂降落在⼀朵花上采蜜
（图/魏蒋坤, 吴嘉宁）
提起蜜蜂，你会想到什么？嗡嗡的声⾳和甜美的蜂蜜？那蜜蜂是⽤什么“⼯具”采蜜的？蜜蜂的喙部⼝器由⼀对外颚叶和⼀对下唇须组成⼀个管状结构，内部包裹着⼀根灵巧的中唇⾆。中唇⾆上⾯⻓有数千根刚⽑，可以在喙部管道内快速弹出或收回，⽤于蘸取粘性的花蜜。
在蜜蜂⼀⽣中，这个微⼩的结构需要来回收缩上百万次，在各个花朵中探索花蜜。
这些充满能量和营养物质的液体⻝物有些储藏在细⼩的管状花冠中，有些则呈开放式暴露在空⽓⾥。不同植物的花蜜具有不同的糖分和粘度，往往那些最甜美最含有能量的花蜜，也是最粘稠最难被昆⾍收集的。蜜蜂则可以通过多⽑的中唇⾆很容易地蘸取⾼粘度的花蜜。同时，它们也能主动变换⼝器的操控⽅法，⽤其喙部直接吸⻝花冠深处的花蜜，这样的⽅式对转运低粘度的远处液体更具有效率。
蜜蜂这种特化的⼝器结构和摄⻝策略，是通过上亿年与植物的共同演化逐渐成熟的。近⽇，⼀项发表在《PNAS》上的研究揭示了蜜蜂采蜜的奥秘。形状各异的花朵，其花蜜采集⽅式均有不同。
传粉昆⾍和被⼦植物：给你花蜜，帮我传粉！植物们分泌花蜜是出于它们⾃⼰的繁殖需求。对更古⽼的植物（⽐如绝⼤多数蕨类植物和裸⼦植物）来说，它们的繁殖主要靠⻛⼒。每到繁殖季节，蕨类植物的孢⼦和裸⼦植物的花粉就会在空⽓中散开，随⻛飘散。但是被⼦植物（有花植物）“开发”出了更多样化的传粉⽅式——靠动物。
植物花的蜜腺能分泌富含能量和营养物质的花蜜，以此吸引诸如蜂、蝶、蛾、甲⾍、蝇类、蝙蝠等各类动物靠近摄⻝。在这些动物摄取花蜜的过程中，它们身上会接触黏附上植物的花粉，并在后续的运动中传播⾄其它花朵，从⽽完成传粉。被⼦植物为了获得最⾼效的授粉服务，各个物种在亿万年的历程中演化出了不同的花朵结构和具有不同物化性质的花蜜。
对⻝蜜昆⾍来说，花蜜是⼀类⾮常宝贵的能量来源与营养资源，在⾃然中往往被不同种类的传粉者进⾏争抢。为了提⾼采蜜效率，同时也为了避免竞争，⻝蜜昆⾍的⼝器也相应产⽣了千奇百怪的特化，使它们能通过不同的⽅法采集花冠内的花蜜。⽐如，蝴蝶的⼝器像是⼀根细⻓的吸管，⻝蜜蚂蚁的⼝器像是⼀个短短的嘴唇，⽽⼀些⻝蜜甲⾍的⼝器像是多⽑的刷⼦。
“蜂-花”关系之谜传粉⽣物不仅是被⼦植物繁殖的关键，⽽且对我们⼈类的⽣活也起到了⾄关重要的作⽤。我们平时吃的蔬果，有三分之⼀依赖于传粉昆⾍的授粉服务，⽽蜜蜂承担着全球最主要的授粉服务，具有极其重要的⽣态和经济价值。
因此蜜蜂科蜜蜂属之下被⼴泛饲养的⻄⽅蜜蜂（Apis mellifera）也成了除了⼈、⿏和果蝇外被⼈类研究的最多的动物之⼀，它与植物的交互⾏为和⽣态关系被⼤量研究，⽐如，蜜蜂喙部⼝器的⻓度和摄⻝花蜜对应花冠的深度之间的关系。
除了⻓度尺度上的⽐较外，研究⼈员近年来开始把⽬光投射到蜜蜂⼝器的精妙结构和灵巧的操控⽅式上，深⼊研究了蜜蜂⼝器的微观结构在采集粘性花蜜时的动态过程和物理机制，并以此解释了⼝器的特化形貌与花蜜的浓粘度关系。
在蜂-花系统中，蜜蜂的采蜜过程受到花蜜浓粘度和它在花冠中的深度这两个因素的同时影响，然⽽以往的研究往往将这两者分开讨论，并没有考虑成⼀个系统。近期，中⼭⼤学吴嘉宁课题组细致观测了蜜蜂⼝器摄取花冠深处花蜜的微观动态过程，并从⼒学⻆度揭示了其运动与⾏为机制。
研究发现，蜜蜂操纵⼝器的⽅式不⽌⼀种。它在摄取低粘度花蜜时（糖浓度10%），会偏向于将喙部伸⻓直接吸⻝花蜜；在摄取⾼粘度花蜜时（糖浓度50%），会偏向使⽤多⽑的中唇⾆迅速且不断地弹出、收回，蘸取舔⻝花蜜；⽽在蜜蜂摄取花冠内部中等粘度的花蜜时（糖浓度30%），⼀开始迅速地舔⻝花蜜，随着花蜜液⾯距离逐渐远离⼝器，蜜蜂明显降低了⾆头弹出-收回的频率，最终改为稳定伸⻓⼝器直接吸⻝花蜜。
由于蜜蜂⼝器内部具有极其复杂的结构，且这两种摄⻝⽅式的驱动肌⾁和结构都不同，这种⾏为上的特异性可能是⼀种⾃然优化的结果。作者通过实验和理论建模的分析，阐述了这⼀过程中涉及到的⻝窦泵送吸⻝、中唇⾆蘸取舔⻝（包括了刚⽑协同展开蘸取和⽑细驱动转运过程）两种不同的粘性微流体采集⽅法，证实了蜜蜂这种摄⻝⾏为的调整策略可保证它对不同距离和粘度花蜜的摄⻝效率。
作者在熊蜂（蜜蜂科下的另⼀属）上没有找到两种摄⻝⽅式共存的⾏为，且现存⽂献中对其他蜜蜂，甚⾄于其他传粉昆⾍都没有多模式摄⻝⽅式的记载。
蜜蜂这种独有的液体摄⻝⽅法调整⾏为使其在复杂环境中具有更强的⽣态适应能⼒，并可能因此使其成为全球最⾼效的传粉动物。这⼀研究⼯作让我们在微观下对植物和传粉动物的动态交互过程有所了解，并加深了我们对动物-植物之间紧密连接与相互影响的理解。未来研究⼈员将继续探索⾃然界中的蜜蜂采蜜⽅法，并尝试设计出仿⽣的粘性微流体采集器，可⽤于⽣物液体样本或者环境液体样本的采集和检测。