Kako oprašivati biljke bez pravih pčela? Dronovima i robotima oprašivačima!

Navodna Einsteinova tvrdnja da bi bez pčela čovječanstvo izumrlo za četiri godine vjerojatno nije Einsteinova, ali je vrlo vjerojatno točna: pčele oprašuju preko 90% kultiviranih biljaka na Zemlji

Za dvije trećine hrane koju jedemo možemo biti zahvalni – pčelama: biljke oprašene pčelama koristimo u našoj ishrani, ali i za prehranu životinja čije meso nam je sastavni dio jelovnika. Ima naravno ponešto i u vjetru i drugim kukcima, ali pčele su ipak globalne kraljice distribucije peludi.

Ekološka uvodna riječ

Međutim, svjetska pčelinja populacija je zadnjih godina sve oskudnija; pčele masovno ugibaju: procjenjuje se kako je u SAD danas skoro 35% manje pčela nego prije jedne dekade, a i egzistencija otprilike četvrtine europskih pčela je ozbiljno ugrožena. Razlog tom pomoru ovih oprašivačkih kukaca je kombinacija sve većeg korištenja pesticida, uništavanja njihovih prirodnih staništa, učestalih suša, globalnog zatopljenja, zagađenja zraka i manjka raslinja čijim nektarom se pčele hrane. Ukratko – kriv je čovjek.

Mada bi mogao skrenuti i u tom smjeru, ovaj tekst međutim neće zaroniti dublje u problematiku pčelo-zaštitničkih, ekološki osviještenih tema i dilema; o tome možda neki drugi put ili na nekom drugom mjestu: BUG je informatičko-tehnološki web-portal, pa u svjetlu ove tipično informatičke problematike (jer svakog IT-jevskog nerda uvijek muči problem nedostatka oplodnje i redovitog oprašivanja) bacimo zajednički pogled na rješenja koja se u toj domeni u zadnje vrijeme pokušavaju osmisliti i realizirati.

Učinkovitost oprašivanja pomoću mjehurića sapunice iz dronova iznosi 90%
Učinkovitost oprašivanja pomoću mjehurića sapunice iz dronova iznosi 90%

Jedna od visokotehnoloških alternativa pčelama su mikro-dronovi koji poput pravih pčela zuje uokolo po livadama, voćnjacima i usjevima, oprašujući cvjetove voćaka i povrtnica. Mada mnogi biolozi prilično skeptično prihvaćaju ideju da će dronovi ikada biti učinkovita zamjena za pčele, u tehnološkoj stvarnosti je dronovska učinkovitost za oprašivanje sve veća i veća kako se usavršavaju suvremeniji prototipovi i njihovi tehnički detalji.

Unakaženi ljiljani

Za početak, upoznajmo dronove koji ispuhujući mjehuriće sapunice prenose pelud na cvijet. Prije par mjeseci priča počinje tako što je Eijiro Miyako, kemičar na Japanskom institutu za znanost i tehnologiju, prilagodio 4 centimetra veliku dron-igračku kako bi bila pogodna za oprašivanje cvijeća. On i kolege zalijepili su na donju stranu drona kratke konjske dlake i premazali ih gelom kako bi postale ljepljive i fleksibilnije. Ideja je bila da, baš kao i pčela, dron sleti na cvijet, a ljepljive dlačice pokupe pelud i prenesu ga na drugi cvijet. Usmjeravan daljinskim upravljačem, bespilotni kukac je u pokusima oprašivao ljiljane. Rezultat: cvijeće je uspješno oprašeno, no latice su ostale teško oštećene propelerima drona.

Plastični pištolji na vodu korišteni za pokuse oprašivanja mjehurićima sapunice (foto: E. Miyako)
Plastični pištolji na vodu korišteni za pokuse oprašivanja mjehurićima sapunice (foto: E. Miyako)

Malo pokoleban ružno unakaženim cvjetovima, Miyako ipak nije odustajao od ideje o pčeli-dronu: počeo je promišljati nježnije načine oprašivanja. Rješenje mu se poput vizije ukazalo dok je sa svojim trogodišnjim sinom u parku puhao mjehuriće od sapunice iz igračke-pištolja na vodu. Gledajući mlazove mjehurića – i vidjevši kako pucaju pri najmanjem dodiru s kožom, odjećom i predmetima – Miyaku je palo na pamet kako bi upravo to mogao biti način za nježno oprašivanje.

Već sutradan je sa svojim kolegom iz laboratorija počeo testirati različite površinski aktivne tvari (detergense) koji u vodenoj otopini formiraju mjehuriće sapunice – i odabrali onaj koji najmanje ometa germinaciju (proces u kojem zrnca peludi kroz oplodne cjevčice isporučuju spermije do jajnika u tučku cvijeta). Potom su u laboratoriju iz dječjih plastičnih pištolja obasipali cvjetove kruške mjehurićima sapunice na kojima je bio nalijepljen peludni prah. Mjehurići su u dodiru s tučkom (ženskim dijelom cvijeta) pucali, a pelud se na njihovu radost lijepila baš tamo gdje treba.

Sapunicom ili perjem?

Kada su pokus ponovili u pravom voćnjaku s drvećem kruške u cvatu, istraživači su pištoljima s mjehurićima oplodili tri stabla. Nakon 16 dana, maleni plodovi krušaka pojavili su se na tim stablima u jednakom broju i kvaliteti kao i na stablima koja su oprašivana ručno. Naime, voćari u Japanu tradicionalno oprašuju kruške i jabuke ručno, kistom načinjenim od ptičjeg paperja, jer pčele ne oprašuju pri niskim temperaturama a i ponekad oštete cvijeće, što rezultira nepravilnim plodovima. No, plodovi od cvjetova oprašenih mjehurićima iz dječjeg pištolja bili su posve pravilni i normalni. Rezultate rada na oprašivanju sapunicom objavili su u časopisu iScience.

"Generator mjehurića": funkcionalni dio drona za oprašivanje sapunicom
“Generator mjehurića”: funkcionalni dio drona za oprašivanje sapunicom

Jedna od prednosti oprašivanja mjehurićima, a ne kistovima od perja je ta što mjehurići zahtijevaju puno manje peludi. Kistovima se, kažu istraživači, na svaki cvijet nanosi oko 1800 miligrama peludi, dok je kod oprašivanja mjehurićima bilo potrebno tek 0,06 miligrama. To pak znači da će za ručno oprašivanje poljoprivrednici trebati prikupiti 30.000 puta manje peludi, ukoliko ju ne nanosi kistom nego se dodaje otopini sapuna.

Pretposljednja faza projekta oprašivanja sapunicom je bila vraćanje na prvobitnu ideju o dronu koji glumi pčelu: Miyakova ekipa je na nešto veći dron od onog 4-centimetarskog s početka priče pričvrstila raspršivač za mjehuriće i programirala let te „bespilotne pčele“ iznad umjetnih cvjetova. Nakon nekoliko podešavanja brzine i visine preleta, postignuta je učinkovitost pri kojoj dron uspijeva mjehurićima pogoditi i oploditi 90% cvjetova.

Flower-recognition software za robotske pčele

Posljednja faza bi trebala riješiti preostale neke probleme dizajna i ekonomičnosti, poput onoga da se zbog mjehurića koji promaše svoje mete ipak utroši previše peludi za konačnu učinkovitost od 90% oplođenih cvjetova. Taj problem Miyako i kolege pokušavaju riješiti razvijanjem softvera s umjetnom inteligencijom koja koristi flower-recognition, algoritam za prepoznavanje cvijeća.

Prototip japanskog drona za oprašivanje sapunicom; iduća verzija ide prema minijaturizaciji i uvođenju umjetne inteligencije za propoznavanje cvijeća
Prototip japanskog drona za oprašivanje sapunicom; iduća verzija ide prema minijaturizaciji i uvođenju umjetne inteligencije za propoznavanje cvijeća

Dron koji bi mogao na stablu voćke prepoznati cvijeće moglo bi značajno poboljšati rezultate i smanjiti utrošak peludi, kaže Miyako, koji paralelno s tim rješenjem radi i na stvaranju ekološki prihvatljivog sapuna koji bi se nakon oprašivanja u potpunosti razgradio bez posljedica po okoliš.

Mada neki od agronoma, primjerice Simon Potts, agroekolog sa Sveučilišta u Readingu, izražavaju zabrinutost da će uspješnost oprašivanja automatiziranim, umjetno inteligentnim i jeftinim dronovima skrenuti pozornost javnosti s potrebe za očuvanjem populacije pčela, Eijiro Miyako i njegov tim s velikim entuzijazmom nastavljaju unapređivati svoj rad na izradi „pametnih pčela od sapunice“.