Jednym z najpilniejszych wyzwań ekologicznych w rolnictwie jest postępujący spadek populacji pszczół miodnych, częściowo spowodowany ekspozycją na pestycydy. Chociaż niektóre pestycydy szkodliwe dla pszczół zostały zakazane lub ograniczone, istnieje potencjał dalszego zmniejszenia ryzyka poprzez stosowanie pestycydów z repelentami, które mogą zminimalizować kontakt z pszczołami.

Naukowcy z University of California w Riverside (USA) opracowali opartą na uczeniu maszynowym metodę identyfikacji związków chemicznych, które mogą bezpiecznie odstraszać pszczoły miodne od upraw zabezpieczonych pestycydami.

Interdyscyplinarny zespół kierowany przez profesora Anandasankara Raya, eksperta w dziedzinie zachowań węchowych owadów, zmierzył się z główną przeszkodą: złożonością układu węchowego pszczół miodnych z ponad 200 receptorami zapachowymi zdolnymi do wykrywania szerokiej gamy związków lotnych.

- Pszczoły w dużym stopniu polegają na węchu podczas żerowania, ale ta wrażliwość utrudnia znalezienie zapachów, które je odstraszają, zamiast przyciągać – powiedział Ray. - Naszym celem było znalezienie sposobu na wykorzystanie zapachu jako środka odstraszającego – bezpiecznie i skutecznie.

Zespół Raya nawiązał współpracę z laboratorium Borisa Baera, profesora entomologii. Naukowcy stworzyli model uczenia maszynowego, który został wytrenowany zarówno na strukturach chemicznych substancji zapachowych, jak i na wcześniej zarejestrowanych reakcjach behawioralnych pszczół. Model został udoskonalony dzięki nowym danym behawioralnym, które zespół uzyskał w laboratorium od pszczół miodnych i muszek owocowych (Drosophila), co pozwoliło na dokładniejsze przewidywanie reakcji węchowych owadów. Po optymalizacji system przebadał ponad 50 milionów związków, ostatecznie identyfikując około 130, które miały mieć duży potencjał jako repelenty.

- Powszechnie uważa się, że do jakiegokolwiek uczenia maszynowego potrzebne są duże ilości danych, ale nie jest to prawdą w przypadku węchu – zaznaczył Ray. - Wystarczą dobrej jakości dane i iteracyjne kroki udoskonalające.

W laboratorium pszczoły miodne wyraźnie unikały wytypowanych zapachów. Późniejsze eksperymenty terenowe z pszczołami żerującymi swobodnie potwierdziły, że wszystkie siedem testowanych związków skutecznie odstraszało pszczoły od plastrów miodu, nie szkodząc im.

- To dobitny dowód na to, jak uczenie maszynowe może pomóc w rozwiązywaniu rzeczywistych problemów ekologicznych – powiedział Ray. - Trzymając pszczoły z dala od szkodliwych pestycydów, możemy potencjalnie zmniejszyć ryzyko ich narażenia bez narażania upraw na szwank.

Związki odstraszające pszczoły mają również inne zastosowania. - W niektórych miejscach publicznych – na przykład w szpitalach, budynkach biurowych i na obszarach mieszkalnych – ograniczenie tworzenia uli może pomóc w uniknięciu konfliktów między ludźmi a pszczołami – wskazał Ray. - Ponadto niektóre praktyki rolnicze mają na celu całkowite wyeliminowanie zapylania, szczególnie w przypadku odmian owoców bezpestkowych.

Według profesora Raya badania stanowią krok w kierunku opracowania przyjaznych dla pszczół formulacji pestycydów – produktów, które chronią zapylaczy, a jednocześnie spełniają potrzeby współczesnego rolnictwa.

Paweł Wernicki (PAP)

pmw/ agt/