盡管大黃蜂對人類來說不是神秘的動物，但是關于這種益蟲，我們仍然有很多需要了解的地方。其中一個話題就是大黃蜂是如何在周遭的嗡嗡聲中覓食的。一種可能性是它們使用了電感受——這是通常只有水生動物才具備的能力。但是大黃蜂是如何使用電感受的？為了找到答案，英國布里斯托大學（University of Bristol）的研究團隊將物理實驗與仿真的強大功能相結合，對此進行了深入的研究。

我們所知道的大黃蜂

想到大黃蜂，我的思緒就飛向了溫暖的夏日，這些小生靈慵懶地飛翔在母親花園的花叢中。它們似乎是在以一種看似隨機的模式在進行移動，從一個花苞飛向另一個，辛勤地采集花粉。當然，這只是我看到的表象……

蜜蜂停留在花朵上的照片。

看不見的電荷在大黃蜂與其所處環境的互動中扮演著重要角色。我們早已知道蜜蜂可通過拍打翅膀使自身帶上正電荷。當蜜蜂降落在花朵上時，正電荷使帶負電荷的花粉粘在了蜜蜂的絨毛上。

之前的博客文章詳細闡釋了這方面的知識，研究表明當大黃蜂降落在花朵上時，花朵的電勢會發生變化。正是這一變化成為了發送給其他大黃蜂的信號，并對其授粉活動產生引導作用。

 左圖：模擬花朵的電勢和電場強度。右圖：物理實驗中，用帶靜電的彩色粉末噴涂花朵（圖中花朵的右側部分）。粉末的密度顯示了花朵表面的電場強度變化。

圖片版權由 Clarke、Whitney、Sutton和 Robert 所有，摘自他們的論文“Detectionand Learning of Floral Electric Fields by Bumblebees”。

從那時起，布里斯托大學的研究團隊就像他們研究的蜜蜂那樣忙碌了起來。最近，他們重點分析了大黃蜂的電感受，正是這一能力讓大黃蜂們能夠探測空氣中的自然形成的電刺激，進而搜集周圍電場的信息并做出覓食決定。

盡管電感受行為是鯊魚、鰩魚、海豚等水生動物已知的特性，但這并非陸生動物的典型特征。只有當陸生動物（例如鴨嘴獸）潛入水中或被潮濕物質包圍時，才具備電感受能力。

空氣是一種電絕緣介質，然而探測空氣中電場是蜜蜂必備的能力。借助這種能力，大黃蜂便能夠探測到花朵的靜電場，蜜蜂也可以注意到由它們的擺尾舞產生的振蕩場。 

 大黃蜂可以利用電感受感知花朵的電勢。左圖：蜜蜂的電感受仿真研究中使用的花朵的幾何模型。右圖：花朵的照片。

版權由 Dominic Clarke 所有。

研究人員對這樣的一個構想開展了研究：電場會對大黃蜂的機械感覺結構施加作用力，從而產生了力學響應，使得大黃蜂能夠探測到電場。讓我們來看看他們是如何在研究工作中將物理實驗與仿真研究相結合的。

探索大黃蜂的電感受能力

由于電感受是一種最近才在昆蟲身上發現的感知能力，人們對其背后的機制尚未完全了解。為了進一步探索刺激大黃蜂感覺機制的機電耦合效應，布里斯托大學的研究人員對兩種可能的電場傳感器進行了研究：觸角和絨毛。在試驗中，他們測試了兩種假說：

1.大黃蜂使用觸角探測電場。

2.大黃蜂使用絨毛探測電場。

讓我們從物理實驗結果開始回顧吧。通過檢測觸角和機械感覺毛的力學響應和中性響應，研究人員發現電場使兩種傳感器都發生了偏移。雖然在響應電場時，絨毛和觸角都會移動，但絨毛的中線位移、角位移和速度更大。

 擁有絨毛和觸角的大黃蜂的照片。

圖像由 Brian Tomlinson 自行拍攝。已獲 CC BY 2.0 許可，通過 Flickr Creative Commons 共享。

在進一步評估機電響應靈敏度的過程中，研究人員發現絨毛的振動速度比觸角大一個數量級。他們還發現，在特定電壓下，測量的振動速度能夠與熱噪聲區分開，且絨毛對應的電壓值 Umin 更低，這表明絨毛對電場更加敏感。

這些發現引出一個結論：大黃蜂的絨毛與觸角相比，是更有效的傳感器。

借助仿真深入對比絨毛和觸角在大黃蜂電感受行為中的作用

完成這些試驗之后，研究人員開始進行仿真研究。研究團隊使用 COMSOL Multiphysics? 軟件進行了有限元分析。他們的目標是確定使大黃蜂產生響應所需的電荷，以及大黃蜂和花朵之間可實現電感受的最大距離。

研究人員首先建立了一個模型：大黃蜂絨毛曝露在由帶有不同電壓的鋼盤產生的電場中。然后，他們將傳感器放置在距離鋼盤 1 cm 的位置，并通過模型對使絨毛和觸角發生機械運動所需的電壓值進行了比較。結果表明，使帶電的絨毛產生機械運動所需的最小電場強度遠遠小于觸角。

 電場的仿真結果顯示了使絨毛（25 mV）和觸角（500 mV）產生可觀察運動所需的最小電壓。在這里，白色的 “X” 表示絨毛和觸角的位置。

版權由 Sutton、Clarke、Morley 和Robert 所有。

針對絨毛和觸角對電場的靈敏度問題，研究人員分別計算了電場對它們的最大激勵距離，研究中使用了電壓為 30 V 的帶電鋼盤作為電場，這與花朵產生的電場相類似。他們發現根據刺激頻率的高低，帶電絨毛的最大激勵距離為 7.1 至 55 cm，而觸角的最大距離為 2.6 至 13 cm。仿真結果又一次表明絨毛更為敏感。

 仿真結果描繪了大黃蜂絨毛曝露于距離帶電鋼盤電場 1 cm 范圍內的情況。在圖像中，我們可以觀察到作用于絨毛的力，以及鋼盤上每一伏特的正電壓對電場的影響。

版權由 Sutton、Clarke、Morley和 Robert 所有。

研究的最后一項是確定機械運動是否會使大黃蜂的神經系統產生響應。結果表明，當施加直流電場時，大黃蜂絨毛的神經觸發率會增加；而相比較而言，觸角的觸發頻率并未增加。不過，根據控制記錄，觸角會對嗅覺（薰衣草油）及機械（空氣吹風）刺激產生相應。

 相比于觸角，大黃蜂的絨毛對花朵的電場更為敏感。

根據研究結果，研究人員可以得出這樣的結論：雖然電場會引發觸角和絨毛的運動，但是只有絨毛的運動才會觸發神經響應。因此，大黃蜂是使用絨毛來探測電場的，這些感覺絨毛構成了一張電感受網。雖然以前的研究提出了蜜蜂觸角可以探測到電場，但本文介紹的實驗并未顯示大黃蜂觸角能夠有效地對電場進行響應。

除深入揭示了蜜蜂的行為之外，研究還發現其他陸生動物或許可以使用感覺毛探測電場，并對電場做出反應。隨著研究的不斷深入，我們可以超越肉眼的限制，深度探索自然界中其他動物的動態行為。

作者：CatyFairclough