Kilkaset pszczół na wiejskiej Pensylwanii i wiejskim Nowym Jorku ma małe kody QR na plecach. Bardziej niż najnowszy w Apiarian Fashion, małe tagi służą celowi naukowemu: śledzenie, gdy pszczoły wchodzą i wychodzą z pokrzyw, aby lepiej zrozumieć, jak długo pszczoły miodne wydają na jedzenie poza ich uli. Praca, współpraca między entomologami i inżynierami elektrycznymi w Penn State, jest pierwszym krokiem w rozwiązywaniu długotrwałej tajemnicy tego, jak daleko pszczoły podróżują ze swoich uli w celu zebrania pyłku i nektaru.
Do tej pory naukowcy dowiedzieli się, że podczas gdy większość podróży poza ula w trakcie zaledwie kilka minut niewielka mniejszość pszczół może spędzić więcej niż dwie godziny. Zespół powiedział, że spodziewają się znacznie więcej, dzięki systemowi, który opracował, aby śledzić czas pszczół miodnych poza ula.
„Ta technologia otwiera możliwości dla biologów do badania systemów w sposób, który nie był wcześniej możliwy, szczególnie w odniesieniu do pszczelarstwa organicznego”-powiedziała Margarita López-Uribe, Lorenzo L. Langstroth Early Career Professor, profesor entomologii i autora W artykule opublikowanym w HardwareX, czasopisma o otwartym dostępie, który szczegółowo opisuje dokładny sprzęt i metody, które naukowcy używają w swojej pracy, aby mógł być replikowany lub budowany przez innych. „W biologii terenowej zwykle patrzymy na rzeczy naszymi oczami, ale liczba obserwacji, które możemy dokonać, ponieważ ludzie nigdy nie będą skalować, co może zrobić maszyna”.
Podobnie jak pracownicy w budynku o dużym bezpieczeństwie, pszczoły „brzęczą” się i wychodząc z ula, migając przepustkę na plecach. Mają bezpłatny dostęp, ale są cyfrowo śledzone za pośrednictwem zautomatyzowanego systemu obrazowania, który zespół opracował do monitorowania, gdy pszczoły opuszczają ula i kiedy wracają przez dostosowane wejście z czujnikiem kamery. Kody QR przyklejone do pleców pszczół są znane jako znaczniki powiernicze, które zawierają najmniejszą ilość informacji identyfikacyjnych i można je szybko wykryć i zalogować za pośrednictwem systemu obrazowania, nawet w warunkach niskiej rozdzielczości. Naukowcy twierdzą, że system jest zerwaniem z konwencjonalnymi pracami terenowymi entomologii, w których naukowcy obserwują pszczoły przez ograniczone okresy, umożliwiając znacznie bardziej kompleksowe i rozszerzone obserwacje.
Bariery dla organicznego pszczelarstwa
Ogólnie rzecz biorąc, organiczne pszczelarstwo oznacza, że ule są trzymane wolne od pestycydów chemicznych, herbicydów i syntetycznych metod chemicznych i znajdują się z dala od obszarów zanieczyszczonych. Chociaż krajowa Rada Standardów Organicznych w Departamencie Rolnictwa USA zaleciła określone standardy certyfikacji miodu i innych produktów pszczół jako „ekologicznych” w 2010 roku, nigdy nie zostały one uchwalone. Pszczoły miodne są zdolne do latania na duże odległości, gdy są potrzebne – szacowane na latanie do 10 kilometrów od ula – ale zespół postawił hipotezę, że taka odległość jest rzadka, a pszczoły na ogół latają znacznie krótszymi odległościami, być może mniej niż jeden Kilometr, według López-Uribe. Jako takie, wymagania dotyczące stref żerowania i nadzoru zalecane do organicznego pszczelarstwa w 2010 r. Mogą być niepotrzebnie duże.
Naukowcy powiedzieli, że może to zmienić się wraz z lepszym, bardziej precyzyjnym zrozumieniem zasięgu żerowania pszczół. Pszczoły miodne komunikują się, gdzie są źródła żywności dla innych pszczół w kolonii z fizycznym zachowaniem zwanym „taniec machający”. López-Uribe powiedział, że badacze spędzają znaczny czas na obserwowaniu i próbowaniu rozszyfrowania tańca Waggle, aby ustalić, jak daleko pszczoły podróżują ze swoich kolonii-proces, który może być wspomagany dokładnym śledzeniem tego, jak długo poszczególne pszczoły wydają żerowanie.
„Taniec Waggle jest najlepszym źródłem informacji o żerowaniu pszczół, ale opiera się to na ludzkich obserwacjach, z może godzinę obserwacji położonych raz dziennie. Może być technologią, która może lepiej poczynić te obserwacje-powiedział López-Uribe. „Celem jest zrozumienie, czy ta 10-kilometrowa oszacowanie jest dokładne biologicznie. Czy możemy dokładnie ustalić, jak daleko pszczoły miodne podróżują ze swoich uli?”
Kupując dla pszczół
Entomolodzy zwrócili się do Julio Urbiny, profesora inżynierii elektrycznej i współistniejącego autora w badaniu, który w badaniu stuknął Diego Penaloza-aponte, doktorant w dziedzinie inżynierii elektrycznej i koordynacji.
„Wcześniej nie było nic dostępnego” – powiedziała Urbina. „Ten artykuł jest pierwszym krokiem do przodu we właściwym kierunku, z możliwościami zrobienia więcej – w dużej mierze z powodu rosnącej synergii w naszych zespołach”.
Naukowcy podkreślili, że nie była to współpraca silosów, w której biolodzy i inżynierowie połączyli osobny wkład. Eksperci spędzili czas jako nowicjusze w swoich dyscyplinach, aby lepiej zrozumieć konkretne potrzeby i ograniczenia. Inżynierowie elektryczni pracowali w terenie, ucząc się z pierwszej ręki, jak radzić sobie i monitorować pszczoły, podczas gdy entomolodzy odwiedzili laboratorium, aby dowiedzieć się, jakie rozważania dotyczą projektowania i budowania zautomatyzowanej technologii.
„Systemy zbudowane w przeszłości do monitorowania pszczół zostały opracowane do działania w lub w pobliżu kontrolowanych środowisk laboratoryjnych”-powiedział Penaloza-aponte. „Naszym celem było opracowanie czegoś, co mogłoby działać w środowisku wiejskim, z dala od laboratorium, na energię słoneczną i uczynić wszystko otwarte. Każdy może korzystać z tego systemu i go zmodyfikować”.
Według Paleloza-aponte, dostęp również był niepokojący. Wszystkie używane sprzęt są dostępne w handlu i kosztują w sumie mniej niż 1500 USD na pasie, co obejmuje sześć kolonii.
Brzęczenie nowej wiedzy
Naukowcy używali Apriltags, kodu QR mniejszego niż różowy paznokieć osoby, który można było przykleić do pszczoły robotniczej, nie utrudniając jej ruchu ani nie powodując szkody. Co dwa tygodnie przez aktywny sezon wiosenny i letni zespół oznaczył 600 młodych pszczół, które właśnie wyłoniły się ze swoich komórek na sześciu koloniach. W sumie oznaczyli ponad 32 000 pszczół w sześciu apiariach.
„Celowaliśmy w młode pszczoły, abyśmy mogli dokładniej śledzić ich wiek, zwłaszcza gdy zaczynają latać i kiedy się zatrzymują”-powiedziała Robyn Underwood, pedagog Extension Penn State w apikulturze i współautorka w gazecie. Wyjaśniła, że młode pszczoły są również bardziej miękkie i nie użądają jeszcze, więc łatwiej je obsłużyć. „Gdy pszczoła była wystarczająco dorosła, aby latać, opuści kolonię i była widziana pod kamerą. W czasie rzeczywistym nasz czujnik odczytałby kod QR i przechwycił identyfikator pszczoły, datę, godzinę, kierunek ruchu – opuszczający lub Wchodzenie do Hive przez cały sezon.
Naukowcy odkryli, że większość podróży zwykle trwała od jednego do czterech minut, co może być sprawdzenie pogody przed żerowaniem lub wypróżnianie się poza ula. Dłuższe wycieczki zwykle trwały mniej niż 20 minut, ale 34% oznaczonych pszczół spędzało więcej niż dwie godziny od ula. Badacze powiedzieli, że może to odzwierciedlać niezwykle długą podróż do żerowania, pszczoła, która nigdy nie wróciła do ula lub nieudane wykrycie, jeśli pszczoła weszła do ula do góry nogami. W ciągu kilku tygodni, z mniejszą liczbą kwiatów, więcej pszczół spędzało więcej czasu na żerowaniu, prawdopodobnie dlatego, że musieli podróżować dalej, aby znaleźć odpowiednie jedzenie.
„Odkryliśmy również, że pszczoły żerują o wiele dłużej przez całe życie, niż początkowo sądzono” – powiedział Underwood, wyjaśniając, że pszczoły miodne żyją przez około 28 dni. „Widzimy pszczoły żerujące przez sześć tygodni i nie zaczynają żerować, dopóki nie mają już około dwóch tygodni, więc żyją znacznie dłużej niż myśleliśmy”.
Kamery na każdym ulu, działające 24 godziny na dobę i siedem dni w tygodniu, były podłączone do mikrokomputeru, a naukowcy przesłali dane do swoich laptopów podczas cotygodniowych wizyt.
Naukowcy napotkali oczekiwany problem na wczesnym etapie monitorowania – pszczoły w wejściu do ula. Kamera wykryłaby swoje indywidualne kody QR w górę setki razy dziennie.
„Okazuje się, że niektóre pszczoły, takie jak spędzanie czasu na wejściu, a kamera będzie je czytać za każdym razem, gdy przejdą” – powiedział Diego. „Właśnie dlatego programowanie jest tak przydatne. Może obniżyć dane wartości odstające i pomóc upewnić się, że śledzimy to, co jest sensowne”.
Machanie w przyszłość
Naukowcy współpracują teraz z zespołem Virginia Tech, aby ocenić, w jaki sposób czas żerowania dopasowuje dekodowane tańce Waggle. Następnie naukowcy powiedzieli, że mają nadzieję oznaczyć i śledzić inne gatunki pszczół, a także inne rodzaje pszczół miodnych, takie jak pszczoły dronowe lub pszczoły królowe, aby dowiedzieć się więcej o tych aspektach kolonii. Planują także organizować warsztaty dla naukowców i pszczelarzy, aby nauczyć się budować i korzystać z własnych systemów monitorowania.
Inni współautorzy tego artykułu to Sarabeth Brandt, doktorant inżynierii elektrycznej oraz Selina Bruckner, postdoktorantki w Entomology, Penn State; Erin Dent, studentka licencjacka z Texas A&M University, która uczestniczyła w projekcie jako uczony w datach projektu latem 2023 r.; i Benedict Demoras z Wydziałem Entomologii na Uniwersytecie Cornell. Zespół ten współpracuje również z Margaret Couvillon i Lindsay Johnson, z Departamentem Entomologii w Virginia Tech; i Scott McAt, z Wydziałem Entomologii na Cornell University.
Krajowy Instytut Żywności i Rolnictwa Departamentu Rolnictwa USA sfinansował tę pracę.