ミツバチは花の電界を感知できるが、肥料が振動を妨げてしまう

ミツバチは花の暗黙の言語に精通しています。ブンブンと羽音を立てて花粉を運ぶこのミツバチは、球根の形、色の多様性、魅惑的な香りなど、顕花植物の多くの特徴に敏感で、ミツバチはこれらの特徴を頼りに、蜜や花粉のご褒美が近くにあるかどうかを判断し、ミツバチは視覚や嗅覚を超えた信号を感知することもできます。たとえば、ミツバチの体を覆う微細な毛は、花を識別するのに役立つ電界に非常に敏感です。これらの電界は、ミツバチの餌探しの仕方に影響を与える可能性があり、また、電界が人工的に変化した場合は、ミツバチの行動を妨害することさえあります。

本日、 PNAS Nexus誌で、生物学者たちは、合成噴霧肥料が一時的に花の電気的信号を変化させ、マルハナバチが植物に止まる頻度が減ることを発見した。研究チームはまた、ミツバチの健康に有毒で有害であることが知られているイミダクロプリドと呼ばれるネオニコチノイド系殺虫剤をテストし、花の周りの電界の変化を検出した。興味深いことに、この化学物質は視覚や嗅覚の信号には影響を与えないようで、このあまり知られていない信号がコミュニケーションにおいてより大きな役割を果たしていることを示唆している。

「すべてのものに電界がある」と、ブリストル大学の感覚生物物理学者で本研究の筆頭著者でもあるエラード・ハンティング氏は言う。「体が本当に小さいと、小さくて弱い電界が非常に強くなる。特にハチや昆虫のように毛がたくさんある場合はそうだ」

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生物学者は、花のシグナルの世界で電気信号がいかに重要であるかを理解し始めたばかりです。たとえば、ミツバチは、同じ種の中で資源の豊富な花とそうでない花を区別するために、表面の斑点など、花びらの特定の視覚パターンを認識し、次回訪れるときにそれを記憶することができます。花の形も重要です。大きくて開いた花は、機敏でない甲虫にとってより簡単な着陸地点になる可能性があり、細い管状の球根は、花の蜜に届く長い口器を持つ蝶にとってのホットスポットです。花の周りの湿度の変化もスズメガに影響を与えることがわかっています。開いたばかりの花は通常、湿度レベルが高いためです。

しかし、電気信号は「私たちが発見したのはごく最近のことだ」と、メイン州ベイツ大学で受粉生態学を研究する生物学者カーラ・エッセンバーグ氏は言う。同氏は今回の研究には関わっていない。2016年の研究では、採餌中のマルハナバチが花の電界を1～2分ほど変化させることがわかった。研究著者らは、この短い変化でも、他の通行人のハチが感知し、その花が最近訪れたこと、つまり蜜や花粉が少ないことを知らせる可能性があると示唆している。

花の自然な電界は、主に生体電位（生物によって生成される、または生物内で発生する電荷の流れ）によって生成されます。しかし、電界は動的な現象であるとハンティング氏は説明します。「花は通常、負の電位を持ち、ミツバチは正の電位を持っています」とハンティング氏は言います。「ミツバチが近づくと、電界を感知できます。」風、ミツバチの着地、またはその他の相互作用により、花の生体電位とその周囲の電界が即座に変化します。これを知って、ハンティング氏は、化学物質の散布によって引き起こされる電界の変化を調べ、それがミツバチの訪問を阻止するかどうかを調査することを思いつきました。

彼が最初に農薬から始めたのは、昆虫に与える影響が十分に研究されていたからです。「でも、肥料にも電荷があり、肥料も使われるので、大規模に使うほうがずっと重要だと気づきました」と彼は言います。農業や園芸で使われるこれらの化学混合物には、窒素、リン、カリウムがさまざまなレベルで含まれています。「誰もが [肥料] を使っていますが、無毒だと言われています。」

まず、マルハナバチの採餌行動を評価するために、ハンティング氏と同僚はブリストル大学キャンパスの田園地帯で、鉢植えのラベンダー 2 本を使った実験を行った。彼らは、鉢植えの 1 本に市販の肥料の混合物を散布し、もう 1 本には脱塩水を散布した。次に、マルハナバチが肥料まみれのラベンダーを避けて通る様子を観察した。殺虫剤や肥料を含むスプレーは、花の生体電位を最大 25 分間変化させた。これは、風やハチの着地による変化よりはるかに長い。

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しかし、ハチが肥料を避けていたのは電界の変化によるもので、化学物質やその他の要因によるものではないことを確認するために、研究者たちは実際に肥料を散布することなく、花の電気変化を再現する必要があった。ハンティング氏はサッカー場ほどの広さの裏庭、他の電源のない自然空間で、ラベンダーの植物の生体電位を操作して変化を模倣した。彼は茎を水に浸し、電極を配線し、DCパワーバンクバッテリーで電流を流した。これにより、肥料と同じように植物の周囲に電界が生成された。

ハンティング氏は、ハチが電気で操作された花に近づいたものの、そこに止まらなかったことを観察した。また、ハチが花に近づく回数も、対照群の花に比べて大幅に少なかったとハンティング氏は言う。「これは、電気だけでも回避行動を引き起こしていることを示しています。」

ハンティング氏は、植物の防御機構が電気的変化の根底にあるのではないかと示唆している。「植物細胞に化学物質を塗布すると、実際に何が起こるかというと、植物内で傷害反応に似た化学ストレス反応が引き起こされるのです」と同氏は説明する。植物はイオン電荷を持つ代謝産物を送り出し、組織の修復を開始する。このイオンの流れが電流を発生させ、ハチがそれを感知する。

研究者らはまた、化学物質が視覚や嗅覚に影響を与えていないようだと指摘し、興味深いことに、農薬や肥料を散布した植物は雨が降った後、再び電界の変化を経験したようだと指摘した。これは、この効果が1回の散布を超えて持続することを示している可能性がある。研究者らは、この新たな発見は、一般の園芸愛好家や主要な農業産業に影響を与える可能性があると指摘している。

「理想的には、肥料を土壌に散布する（植物に直接散布するのではなく）」とハンティング氏は言う。しかし、米国の農業で多く採用されている、飛行機で広大な畑に散布する方法よりも労力がかかる。

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エッセンバーグ氏は、幸いにも電界の変化は比較的短時間で済むため、農家が回避策を見つけるのは比較的容易だと述べている。例えば、花の多くは午前中に開花し、その頃には花粉がなくなるため、花粉媒介昆虫があまり餌を探す時間が少ない日中に農薬を散布するといったことも可能だ。

エッセンバーグ氏は、化学薬品の毒性は、おそらく「個体群レベルで」ミツバチの減少に大きな影響を与えるだろうと語る。しかし、この研究は、植物に効果的に散布するには電位の変化を考慮する必要があるかもしれないという新しい考えを提示している。「このことは、空気中の汚染物質や雨とともに降る汚染物質など、他にどのようなものが電位に影響を与えるのかという疑問を提起する」と同氏は付け加えた。

エッセンバーグ氏は、より現実的な採餌環境での電界変化の影響を長期間にわたって調べることが有益だと述べている。ハンティング氏も同意見だ。「この現象が長期的に本当に関係があるかどうかは、そうかもしれないが、この新しいメカニズムについてさらに詳しく調べる必要がある」