花とミツバチは完璧にマッチします。彼らは蜜を集めるためにどんな道具を使うのでしょうか？

ミツバチが花に止まって蜜を集めている（写真／魏江坤、呉江寧）

ミツバチと聞いて何を思い浮かべますか？ブンブンという音と甘いハチミツ？

では、ミツバチは蜂蜜を集めるためにどのような「道具」を使うのでしょうか?

ミツバチの嘴口器は一対の外側上顎骨と一対の唇鬚から成り、管状の構造を形成し、その中に器用な中唇舌が含まれています。中唇には何千本もの剛毛があり、嘴管内で素早く出し入れして粘着性のある蜜に浸すことができます。

ミツバチの口器 (写真/魏江坤)

この小さな構造は、ミツバチがさまざまな花の蜜を探索する際に、生涯にわたって何百万回も前後に収縮する必要があります。エネルギーと栄養素がたっぷりのこの液体の食物の一部は小さな管状の花冠に蓄えられ、残りは開いて空気にさらされています。

植物によって蜜の糖度や粘度は異なります。多くの場合、最も甘く、最もエネルギーに富んだ蜜は、昆虫にとって最も集めるのが難しい蜜でもあります。ミツバチは、毛深い中唇舌を通して、粘度の高い蜜に簡単に浸ることができます。同時に、嘴を使って花冠の奥から蜜を直接吸うなど、口器の制御方法を積極的に変えることもできます。この方法は、低粘度の液体を遠くから輸送する場合に効率的です。

ミツバチの特殊な口器構造と摂食戦略は、植物と何億年にもわたる共進化を通じて徐々に成熟してきました。最近、PNAS に掲載された研究で、ミツバチが蜂蜜を集める秘密が明らかになりました。

花の形が異なれば、蜜を集める方法も異なります。画像出典: wikipedia

花粉媒介者と被子植物: 蜜を与えて、受粉を手伝ってください!

植物は自身の生殖の必要性のために蜜を分泌します。

古い植物（ほとんどのシダや裸子植物など）では、繁殖は主に風によって行われていました。繁殖期には、シダ植物の胞子や裸子植物の花粉が空気中に飛散し、風に乗って漂います。

松の木が空気中に花粉を放出している画像出典: Wikipedia

しかし、被子植物（顕花植物）は、動物を介したより多様な受粉方法を「開発」しました。

植物の花の蜜腺は、エネルギーと栄養素が豊富な蜜を分泌し、それによって蜂、蝶、蛾、甲虫、ハエ、コウモリなど、さまざまな動物が近づいて餌を食べに来ます（ハエも花粉を運ぶ昆虫です）。これらの動物は、蜜を摂取する過程で植物に付着した花粉と接触し、その後の移動中にそれを他の花に広げて受粉を完了します。最も効率的な受粉サービスを得るために、さまざまな被子植物の種は数十億年にわたって、異なる物理的および化学的特性を持つさまざまな花の構造と蜜を進化させてきました。

花の蜜を食べる昆虫にとって、花の蜜は非常に貴重なエネルギー源であり、栄養源でもあり、自然界ではさまざまな種類の花粉媒介者によって花の蜜をめぐって競争されることがよくあります。蜜を集める効率を高め、競争を避けるために、蜜を食べる昆虫の口器もさまざまな特殊化を発達させ、さまざまな方法で花冠から蜜を集めることができるようになりました。たとえば、蝶の口器は細長いストローのような形をしており、蜜アリの口器は短い唇のような形をしており、一部の蜜甲虫の口器は剛毛のブラシのような形をしています。

蜜を食べる昆虫はそれぞれ口器が異なります（画像出典：Wikipedia）

ミツバチと花の関係の謎

花粉媒介者は被子植物の繁殖に重要な役割を果たすだけでなく、私たち人間の生活においても重要な役割を果たしています。私たちが食べる果物や野菜の 3 分の 1 は、受粉昆虫による受粉サービスに依存しており、ミツバチは世界で最も重要な受粉サービスを提供しており、これは極めて重要な生態学的および経済的価値を持っています。

そのため、ミツバチ科で広く飼育されている西洋ミツバチ（Apis mellifera）は、ヒト、マウス、ショウジョウバエの他に、人間によって最も研究されている動物の 1 つとなっています。ミツバチの口吻の長さと花冠の深さ（蜜の摂取量に相当）の関係など、ミツバチと植物との相互作用行動や生態学的関係は広範囲に研究されてきました。

現在、西洋ミツバチは人間によって最も広く飼育されているミツバチです。画像出典: Wikipedia

近年、研究者たちは長さの比較に加え、ミツバチの口器の精巧な構造と器用な操作に注目し始めている。彼らは、ミツバチが粘着性のある蜜を集める際の口器の微細構造の動的プロセスと物理的メカニズムについて詳細な研究を行い、これを用いて口器の特殊な形態と蜜の粘度の関係を説明した。

ミツバチが口器で液体の食物を集める微視的過程（写真/魏江坤）

ミツバチと花のシステムでは、ミツバチの蜜を集めるプロセスは、蜜の粘度と花冠内の深さという 2 つの要因の影響を受けます。しかし、これまでの研究では、これら 2 つの要因は別々に議論されることが多く、システムとして考慮されていませんでした。最近、中山大学の呉建寧氏の研究グループは、ミツバチが花冠の奥深くで口器を使って蜜を吸い込む微視的な動態過程を注意深く観察し、その動きと行動のメカニズムを力学的な観点から明らかにした。

ミツバチはどうやって蜂蜜を集めるのでしょうか？他にもテクニックはいろいろあります！

研究により、ミツバチは口器を操作する方法が複数あることが判明しました。

低粘度の蜜（糖度10％）を摂取する場合、嘴を伸ばして直接蜜を吸う傾向があります。
高粘度の蜜（糖度50％）を吸うときは、毛深い中唇と舌を使って素早く連続的に突き出したり引っ込んだりして、蜜を吸い取ったり舐めたりする傾向があります。

ミツバチは花冠の中の中粘度の蜜（糖度30％）を摂取する際、最初は素早く舐めます。蜜の表面が徐々に口器から離れるにつれて、ミツバチは舌を突き出したり引っ込めたりする頻度を大幅に減らし、最終的には口器を安定して伸ばして直接蜜を吸うように切り替えます。

ミツバチの唇と舌の動き方は、蜜の粘度と深さによって変化する（写真／魏江坤）

ミツバチの口器の内部構造は極めて複雑で、これら 2 つの摂食方法の駆動筋と構造は異なるため、この行動の特異性は自然な最適化の結果であると考えられます。

著者らは、実験および理論モデル分析を通じて、このプロセスに関与する2つの異なる粘性マイクロ流体収集方法（副鼻腔ポンピング吸引と中唇および舌の浸漬と舐め（剛毛の協調浸漬と毛細管駆動輸送プロセスを含む））を説明し、ミツバチの摂食行動の調整戦略によって、さまざまな距離と粘度の蜜に対する摂食効率を確保できることを確認しました。著者らは、マルハナバチ（ミツバチ科の別の属）において 2 つの摂食様式が共存していることを発見しておらず、既存の文献には他のハチ、さらには他の花粉媒介昆虫に関する多様な摂食様式の記録はない。

吸うことと舐めることは、状況によって効果が異なる（写真／魏江坤）

蜂蜜を集める際にミツバチの利点をもっと有効活用するにはどうすればよいでしょうか?

ミツバチの独特な液体給餌方法はミツバチの行動を調整し、複雑な環境においてミツバチに優れた生態学的適応力を与え、ミツバチを世界で最も効率的な花粉媒介者にする可能性があります。

この研究により、植物と花粉媒介者との動的な相互作用を微視的レベルで理解できるようになり、動物と植物の密接なつながりと相互影響についての理解が深まります。

今後、研究者たちは、ミツバチが自然界でどのように蜜を集めるかをさらに研究し、生物学的液体サンプルや環境液体サンプルを収集して検出するために使用できるバイオニック粘性マイクロ流体コレクターの設計を試みる予定です。

参考文献:

[1].www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2305436120

[2]https://www.science.org/content/article/watch-honey-bee-tongues-act-either-spoons-straws-depending-flower

著者: 魏江坤、呉建寧

著者所属: 中山大学

この記事は「サイエンスアカデミー」の公開アカウントからのものです。転載の際は公開アカウントの出典を明記してください。