感知模型显示空气污染导致蜜蜂对花香识别发生变化

为何花香与城市空气关系到我们的食物

我们依赖的许多水果、蔬菜和油料作物都得益于沿着花朵散发的无形气味追踪而来的昆虫。本研究提出了一个简单却紧迫的问题：当空气污染改变这些气味时，蜜蜂还能识别它们寻找的花朵吗，还是在雾霾中迷失了嗅觉？

花与蜂之间的无形信息

当蜜蜂在田间飞行时，它不仅仅是看颜色——它还沿着从花朵向下风方向飘散的气味云前进。这些花香由许多不同的挥发性化学物质组成，共同形成一种能告诉蜜蜂对方是哪种花、以及是否有如花蜜之类的报酬的签名。因为气味比视觉传播得更远，这些气味签名在蜜蜂寻找新的食源时尤其重要。

肮脏的空气如何扰乱这些气味信号

现代空气中充斥着诸如臭氧和尾气中的反应性气体。当花香通过这些污染空气移动时，其某些成分比其他成分更快地被分解或转化。这意味着原有的气味分子组合会被重排。早期研究表明，这会使蜜蜂寻找花朵的时间变长或拜访频率降低，但影响并不只是某些分子消失的数量。失去一种关键成分的影响可能远大于失去若干微量成分，这使得预测哪些花和传粉者面临最大风险变得困难。

一种衡量蜜蜂实际闻到什么的新方法

研究者采用了一种名为“无国界化合物”（Compounds Without Borders）的感知模型，该模型不把气味当作化学名称的清单，而把它视为蜜蜂嗅觉能检测到的一组特征模式——例如分子的碳链长度或所带化学基团的类型。任何气味，无论简单还是复杂，都可以在这一特征空间中表示为一个多维向量。两个向量之间的夹角便能反映这些气味对昆虫来说有多不同。通过重新分析三项已有实验（蜜蜂被训练识别干净的花香，然后用污染版本进行测试），作者将该模型微调以更好地贴合蜜蜂的大脑连线。特别是，他们增强了整体结构特征丧失或获得的影响，以反映蜜蜂主要嗅觉中枢中强烈的网络连接。

蜜蜂停止识别花朵的临界点

调整后，模型显示出一个显著模式：当污染使气味在该气味特征空间中的“角度”改变超过大约10–15度时，蜜蜂对已学气味的反应降至一半以下。超过这一点，蜜蜂的行为就像闻到的是一种基本陌生的气味。这为团队提供了一个实际的扰动阈值，可在不反复进行动物试验的情况下应用。随后，他们利用公开发表的数据——关于不同花香成分与臭氧和羟基自由基反应的速度——来模拟四种主要靠蜜蜂传粉的作物（油菜、白芥、草莓和苹果）在不同臭氧水平下一小时内其整体气味签名如何演变。

哪些作物在污染空气中风险最大？

模拟显示，并非所有作物的气味同样脆弱。在高臭氧条件下，油菜的气味签名在短短三到五分钟内就超过了15度阈值，这意味着其气味踪迹在几百米范围内可能变得难以识别，具体取决于风速。白芥也会越过这一阈值，但速度较慢，草莓的变化速率居中。相比之下，苹果花产生的气味更多由与臭氧反应较慢的分子构成，即使在较污染的空气中也能更长时间保持可识别的结构。有趣的是，模型还表明，两种在化学组成上变化程度相近的花，对蜜蜂嗅觉而言可能差别很大，因为关键在于气味空间中失去了哪些结构特征。

这对蜜蜂、作物和清洁空气意味着什么

通俗地说，该研究表明空气污染并非只是淡化花香——它可以微妙地重写花香，以至于蜜蜂不再识别某些作物的“品牌标识”。通过确定与蜜蜂行为相符的气味变化临界点，并指出哪类作物气味最先越过该界限，“无国界化合物”方法提供了一种新的工具，用于预测何时何地传粉服务最易脆弱。结合实地测量，该模型可帮助农民、规划者和政策制定者设计更清洁的空气及合理的种植策略，以保持蜜蜂的导航可靠性，从而有助于保障依赖这些以气味为导向的小工人的收成。

引用: Sprayberry, J.D.H., Girling, R.D., Ryalls, J.M.W. et al. A perceptual model indicates air pollution-induced shifts in honeybee floral-scent recognition. Commun Earth Environ 7, 357 (2026). https://doi.org/10.1038/s43247-026-03351-z

关键词: 传粉, 蜜蜂, 空气污染, 花香, 作物产量