“嗡嗡叫我：”蜜蜂戴着小小的二维码揭示了蜂巢的秘密

宾夕法尼亚州农村和纽约州农村的数百只蜜蜂背上都挂着小小的二维码。除了最新的养蜂时尚，这些小标签还有一个科学目的：跟踪蜜蜂进出蜂箱的时间，以更好地了解蜜蜂在蜂箱外觅食的时间

这项工作是宾夕法尼亚州立大学昆虫学家和电气工程师之间的合作，是解决蜜蜂从蜂箱到收集花粉和花蜜的距离这一长期谜团的第一步

到目前为止，研究人员已经了解到，虽然大多数蜜蜂在蜂巢外的旅行只持续几分钟，但一小部分蜜蜂可以在两个多小时的路程上。该团队表示，由于他们开发了追踪蜜蜂离开蜂巢时间的系统，他们希望能学到更多

“这项技术为生物学家提供了以以前不可能的方式研究系统的机会，特别是在有机养蜂方面，”Lorenzo L.Langstroth早期职业教授、昆虫学副教授Margarita López Uribe说，她也是发表在开放获取期刊《硬件X》上的论文的作者，该期刊详细介绍了研究人员在工作中使用的确切设备和方法，以便其他人可以复制或建立

“在野外生物学中，我们通常只是用眼睛看东西，但我们作为人类所能进行的观察数量永远不会达到机器所能做到的程度。”

就像高安全建筑里的工人一样，蜜蜂“嗡嗡”地进出蜂房，背上闪烁着通行证。它们可以免费进入，但通过该团队开发的自动成像系统对它们进行数字跟踪，该系统用于监测蜜蜂何时离开蜂巢，以及何时通过带有摄像头传感器的定制入口返回

贴在蜜蜂背上的二维码被称为信托标签，它携带的识别信息量最小，即使在低分辨率条件下，也可以通过成像系统快速检测和记录。研究人员表示，该系统打破了传统昆虫学野外工作，研究人员在有限的时间内对蜜蜂进行视觉观察，从而能够进行更全面和更广泛的观察

有机养蜂的障碍

一般来说，有机养蜂意味着蜂箱不含化学杀虫剂、除草剂和合成化学处理，并且远离污染地区。虽然美国农业部国家有机标准委员会在2010年建议了将蜂蜜和其他蜂产品认证为“有机”的具体标准，但这些标准从未通过

根据López Uribe的说法，蜜蜂在需要的时候能够长距离飞行——估计能够飞离蜂巢10公里——但该团队假设这种距离并不常见，蜜蜂通常飞得更短，可能不到一公里。因此，2010年为有机养蜂推荐的饲料和监测区要求可能不必要地大。研究人员说，随着对蜜蜂觅食范围的更好、更精确的理解，这种情况可能会改变。蜜蜂通过一种称为“摇摆舞”的身体行为与蜂群中的其他蜜蜂交流食物来源的位置。洛佩斯·乌里韦说，研究人员花了大量时间观察和试图解码摇摆舞，以确定蜜蜂离开蜂群的距离——这一过程可以通过准确跟踪单个蜜蜂觅食的时间来帮助实现

López Uribe说：“摇摆舞是我们所掌握的关于蜜蜂觅食的最佳信息来源，但这是基于人类观察，在两周内每天可能进行一小时的观察。因此，我们联系了电气工程团队，看看是否有技术可以更好地进行这些观察。”。“我们的目标是了解这10公里的估计在生物学上是否准确。我们能准确地确定蜜蜂离蜂箱有多远吗？”

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与蜜蜂结缘

昆虫学家求助于电气工程教授、该研究的共同通讯作者Julio Urbina，他采访了电气工程博士生、该研究共同通讯作者Diego Penaloza Aponte

Urbina说：“以前没有这样的东西。”。“这篇论文是朝着正确方向迈出的第一步，有机会做得更多——这在很大程度上是因为我们团队之间的协同作用越来越大。”

研究人员强调，这不是各自为政的合作，生物学家和工程师将各自的贡献拼凑在一起。相反，专家们花时间作为彼此学科的新手，以更好地了解具体的需求和局限性。电气工程师在现场工作，学习如何处理和监测蜜蜂的第一手资料，而昆虫学家则参观了实验室，了解设计和构建自动化技术的考虑因素

Penaloza Aponte说：“过去用于监测蜜蜂的系统是在受控的实验室环境中或附近运行的。”。“我们的目标是开发一种可以在农村环境中运行的东西，远离实验室，依靠太阳能，并使一切开源。任何人都可以使用这个系统并对其进行修改。”Penaloza Aponte表示，访问也令人担忧。所有使用的设备都是商业上可用的，每个养蜂场的总成本不到1500美元，其中包括六个蜂群

研究人员使用了AprilTags，这是一种比人的小指甲还小的二维码，可以粘在工蜂身上，而不会妨碍她的运动或造成伤害。在整个活跃的春季和夏季，该团队每两周标记一次六个蜂群中刚刚从细胞中出来的600只幼蜂。他们总共在六个养蜂场标记了32000多只蜜蜂

宾夕法尼亚州立大学养蜂推广教育工作者、该论文的合著者罗宾·安德伍德说：“我们以年轻蜜蜂为目标，这样我们就可以更准确地追踪它们的年龄，尤其是当它们开始飞行和停止飞行时。”

她解释说，幼蜂也更柔软，还不会蜇人，所以更容易处理。“一旦蜜蜂长大到可以飞行，它就会离开蜂群，在相机下被看到。我们的传感器会实时读取二维码，并捕捉蜜蜂的ID、日期、时间、运动方向（离开或进入蜂箱）和温度。在整个季节，我们可以追踪单个蜜蜂。她什么时候离开的？她什么时候回来的？她在做什么？”

研究人员发现，大多数旅行通常持续一到四分钟，这可能是在觅食前检查天气，也可能是在蜂箱外排便。长途旅行通常持续不到20分钟，但34%的标记蜜蜂离开蜂巢的时间超过两个小时。研究人员说，这可能反映了一次异常漫长的觅食之旅，一只蜜蜂再也没有回到蜂箱，或者如果蜜蜂倒置进入蜂箱，就会错过检测

在几周内，可用的花朵较少，更多的蜜蜂花更多的时间觅食，可能是因为它们必须走得更远才能找到足够的食物

安德伍德说：“我们还发现，蜜蜂一生中觅食的时间比最初想象的要长得多。”他解释说，蜜蜂的寿命据信约为28天。“我们看到蜜蜂觅食六周，直到大约两周大时才开始觅食，所以它们的寿命比我们想象的要长得多。”

每个蜂箱的摄像头每周七天、每天24小时运行，每个摄像头都连接到微型计算机上，研究人员在每周访问时将数据上传到他们的笔记本电脑上

研究人员在监测的早期遇到了一个预期的问题——蜜蜂在蜂箱入口处游荡。摄像头一天内会检测到他们各自的二维码数百次

迭戈说：“事实证明，有些蜜蜂喜欢在入口处闲逛，每次经过时，相机都会读取它们的信息。”。“这就是为什么编程如此方便。它可以减少异常数据，并帮助确保我们跟踪的是真正有意义的东西。”

研究人员现在正在与弗吉尼亚理工大学的一个团队合作，评估觅食持续时间如何与解码的摇摆舞相匹配。接下来，研究人员表示，他们希望标记和跟踪其他蜜蜂物种，以及其他类型的蜜蜂，如无人机蜜蜂或蜂王，以了解更多关于蜂群的这些方面。他们还计划为科学家和养蜂人举办研讨会，学习如何建立和使用自己的监测系统 More information: Diego Penaloza-Aponte et al, Automated entrance monitoring to investigate honey bee foraging trips using open-source wireless platform and fiducial tags, HardwareX (2024). DOI: 10.1016/j.ohx.2024.e00609