蜜蜂采蜜神器内藏乾坤

蜜蜂为苹果传粉。安建东供图

本报讯（记者朱汉斌）近日，中山大学航空航天学院副教授吴嘉宁团队联合德国基尔大学教授Stanislav Gorb、中科院化学研究所副教授李会增，揭示了蜜蜂饮蜜口器的材料与表面特性及其对结构整体柔度的影响。相关研究发表于《美国化学会—应用材料与界面》。

蜜蜂，昆虫纲膜翅目蜜蜂科动物。作为典型的食蜜昆虫，蜜蜂是自然界中最重要的传粉者之一，每年能带给人类巨大的生态与经济价值。相比其他的食蜜昆虫，蜜蜂具有显著的高黏度花蜜摄取能力以及优越的环境适应能力。

“蜜蜂采集花蜜的主要器官是位于蜜蜂口器中央的中唇舌。这个结构具有多环节的特征，且每一环节上都密布了用来蘸取黏性液体的刚毛。”吴嘉宁表示，研究发现，中唇舌表面的刚毛是高度疏水的（接触角近150°）。

疏水的器官表面是如何蘸取花蜜的呢？通过冷冻电子显微镜观测，研究人员发现自然状态下蜜蜂中唇舌表面有一层液体薄膜（应是口器内部唾液腺分泌的唾液）。液膜的存在能使中唇舌保持稳定的可润湿状态，从而成功接触并捕获外界的液体食物，所以蜜蜂蘸取花蜜的过程不会受到影响。

在自然环境下，蜜蜂可以通过获取花蜜、汁液、果汁或盐水等补充自身的养分，这意味着它的舌头必须能与各种各样的外界环境相互作用，比如狭窄的花朵开口、粗糙的树皮、形状不规则的腐烂果实和潮湿的土壤。然而，由于植物分泌的具有养分的液体食物在自然竞争中总是少量的，蜜蜂细长的中唇舌结构不可能全部蘸取到液体食物，总会有一部分暴露在空气中。这一部分的刚毛由于暴露在空气环境中容易受到表面张力作用被黏附在舌头表面。

研究人员通过原子力显微镜的测试发现，蜜蜂中唇舌的刚毛刚度远大于环节的刚度。虽然坚硬的刚毛有助于在液体环境中进行蘸取，并防止在运动过程中和外界产生摩擦损耗，但是在空气环境中黏附在舌头表面的刚毛就像盔甲一样限制了内部的环节结构，极大限制了结构整体的灵活性。

研究人员通过原子力显微镜证实，蜜蜂刚毛的疏水性将能较大程度地降低舌头表面的液膜对刚毛的黏附力，所以在结构的整体弯曲过程中，刚毛能有效地从舌头表面脱附并展开，让柔软的环节承担中唇舌的变形，大大提高了结构整体的柔顺性。研究人员最后还通过有限元计算，对这一过程进行了建模演示。

相关论文信息：https://doi.org/10.1021/acsami.2c00431

《中国科学报》 (2022-04-07 第3版综合)