蜜蜂真的能感覺到花的「電」嗎？
― 飛行的蜜蜂帶正電，花帶負電。牠用身上的細毛讀取兩者之間的電場
挑選花朵時，蜜蜂依靠的不只有顏色和香味。飛行中的蜜蜂身體會帶一點正電。實驗顯示，熊蜂能用身上的細毛感受自己與花之間形成的微弱電場，藉此分辨出「剛才有別的蜜蜂來過的花」。這是我們一輩子都無法體會的感覺。
春天的花圃裡，熊蜂在花與花之間飛來飛去。仔細看，有些花牠只是靠近一下，就不停下來直接飛過去了。
這些花看起來一模一樣，顏色和形狀都沒有不同。可是蜜蜂似乎不知為何決定「這朵還是算了」。
其實，那朵花可能不久前才被別的蜜蜂吸過蜜。一般認為，蜜蜂感覺到的，是花周圍殘留的「電的變化」。
原因只有兩個
飛行的蜜蜂因為振翅與空氣摩擦而帶正電。花的莖與地面相連，所以比周圍的空氣偏向負電。
正電與負電之間會形成電場。蜜蜂身上的細毛會被電場吸引而微微傾斜，據說神經能感覺到這個傾斜。
也就是說，蜜蜂只要靠近花，就能接收到「電的觸感」。我們依序來看。
為什麼蜜蜂和花之間會有電？
晴天的空氣中，本來就有微弱的電位差。愈高的地方愈偏正電，在靠近地面處，每高 1 公尺約有 100 伏特的差距。這種電位差的分布稱為「大氣電場」。
花透過莖和根與地面相連。所以花的電位高度和地面相同，從周圍的空氣看來是偏負電的一側。
另一方面，飛行中的蜜蜂身體帶正電。這是因為振翅時與空氣摩擦，或是碰到花和同伴，電就累積起來了。據報告，累積的電量大多只有數十皮庫侖左右，比冬天摸門把時感覺到的靜電還要少幾百分之一，非常微小。
電量雖小，但蜜蜂和花靠得很近時，情況就不同了。因為距離縮短一半，這些電產生的電場會變成 4 倍。請用圖 1 的滑桿讓蜜蜂靠近花。靠近到 1 公分時，蜜蜂的電所形成的電場，會是平常空氣電場的好幾十倍。
蜜蜂用這些電做什麼？
蜜蜂停在花上時，蜜蜂的正電會有一部分轉移到花上。於是花周圍的電的狀態改變，據報告，這個變化在蜜蜂離開後還會持續 1～2 分鐘左右。
2013 年，英國的研究團隊證實了這件事。他們在通了電的假花裡放糖水，在沒有電的假花裡放苦味液體，讓熊蜂來選。兩種假花外觀完全相同，但蜜蜂還是學會了選擇有電的假花。把電關掉後，答對的比例就降到和亂猜一樣。
那麼，蜜蜂是用哪裡來感覺的呢？2016 年的研究顯示，身上的細毛會被電場吸引而擺動，毛根部的神經會因此產生反應。毛又輕又細，所以即使電場很弱也容易擺動。
花這一邊也有好處。帶負電的花粉會被帶正電的蜜蜂吸引，在還沒碰到之前就更容易黏到蜜蜂身上。一般認為，電對花和蜜蜂雙方都有幫助。
人只有在電場強到手臂上的汗毛豎起來時，才會察覺到。不過，生物之中也有感覺電的高手。鯊魚和魟魚能捕捉獵物肌肉發出的微弱電訊號。蜘蛛能感覺天空的電場，並藉著蛛絲飄上天空。蜜蜂也是其中一員，牠讀取的是花「摸不到的觸感」。
總結
飛行的蜜蜂帶正電，與地面相連的花偏向負電。兩者之間的電場會隨距離變近而急遽增強，蜜蜂用身上的細毛感受它。一般認為，電的變化也是分辨剛被吸過蜜的花的線索。
花除了顏色和香味，也用「電」向蜜蜂說話。
蜜蜂則用細毛聽著它。
利用天空電場飛行的生物，請看「蜘蛛沒有翅膀，為什麼能飛上天空？」；用電尋找獵物的魚，請看「鯊魚為什麼能找到藏在沙裡的獵物？」。靜電吸引物體的原理，則可以在「摩擦過的氣球為什麼會黏在牆上？」中看到詳細說明。
- 在空氣乾燥的日子，把吹好的氣球在頭髮或衣服上用力摩擦。
- 把氣球靠近手臂的汗毛，距離數公分。即使沒有碰到，你也會感覺到汗毛輕輕地朝氣球豎起來。
- 把衛生紙撕成細條垂著，同樣把氣球靠近。距離縮短一半時，比較看看被吸引的力道增強了多少。
氣球上的電比蜜蜂身上多得多，所以人的汗毛也能感覺到。蜜蜂則是用更細的毛，讀取它幾千分之一的電。
想知道更多的人 ― 術語、算式與課本的連結明確標示內容屬於國中自然到大學專業課程的哪個程度
- 國中國中自然會學到的範圍
- 高中高中「物理」會學到的範圍
- 高中＋高中的進階內容，或課本專欄的內容
- 大學高中不會學，屬於大學專業課程（電磁學、感覺生理學）的內容
- 研究連大學也不會當成「定論」來教，是研究者目前正在探討的話題
國中術語：這個現象是有名字的
- 靜電（摩擦起電）：物體互相摩擦時，一部分電會轉移，使其中一個帶正電、另一個帶負電。
- 電場：帶電的物體在周圍空間形成的「會產生電力作用的場」。強度的單位是伏特每公尺（V/m）。
- 大氣電場：晴天的空氣中本來就有的向上的電位差。在靠近地面處，每公尺約 100 伏特。
國中高中用算式確認：蜜蜂的電在花的位置會形成多大的電場？
把蜜蜂當成一個小小的點電荷，求出相距 r 的花的位置的電場強度 E。實際的形狀很複雜，所以這只是估算。
| 用符號寫 | E ＝ k × Q ÷ r² |
| 用文字寫 | 電場強度 ＝ 比例常數 × 電量 ÷ （距離 × 距離） |
| 這個式子從哪裡來 | 來自庫侖定律：電與電之間的力和距離的平方成反比。若把從電荷發出的力線想成擴散到半徑 r 的整個球面而變稀薄，就會得到與球的表面積成反比的形式。 |
| E | 電場強度。單位是 V/m（伏特每公尺） |
| k | 庫侖定律的比例常數。約 9×10⁹（單位是 N・m²/C²） |
| Q | 蜜蜂帶的電量。單位是 C（庫侖） |
| r | 蜜蜂到花的距離。單位是 m（公尺） |
| 蜜蜂的電量 Q（取報告中常見範圍的 30 皮庫侖） | 0.03×10⁻⁹ C |
| 比例常數 k | 9×10⁹ |
| k 乘以 Q 時，10⁹ 和 10⁻⁹ 會互相抵消 | 剩下 9 和 0.03 |
| 蜜蜂與花的距離 r | 1 cm（0.01 m） |
| 晴天的大氣電場 | 約 100 V/m |
| k × Q | 9 × 0.03 ＝ 0.27 |
| 距離的平方 r² | 0.01 × 0.01 ＝ 0.0001 |
| 花的位置的電場 E | 0.27 ÷ 0.0001 ＝ 2700 V/m |
| 與平常的大氣電場相比 | 2700 ÷ 100 ＝ 27 倍 |
| 距離改成 3 cm，距離的平方是 | 0.03 × 0.03 ＝ 0.0009 |
| 這時的電場 E | 0.27 ÷ 0.0009 ＝ 300 V/m |
距離縮成 3 分之 1，電場就變成 9 倍。蜜蜂的電即使非常少，靠近到 1 cm，也會是平常空氣電場的幾十倍。可以讓蜜蜂的毛動起來的變化，就在靠近花的一瞬間突然出現。
高中高中＋電位，以及花的尖端電場變強的原理
高中花透過導體的莖與地面相連，所以電位（電的高度）和地面幾乎相同，是 0 伏特。另一方面，高 1 公尺處空氣的電位約為 100 伏特。花就像「地面直接向上延伸的一部分」，比周圍的空氣偏向負電。
高中＋在尖銳的導體尖端，電力線會聚集，電場變強。道理和避雷針相同，花瓣的尖端和雄蕊的頂端，電場被認為比周圍更強。蜜蜂停在花上轉移電荷後，靜電感應會改變花的電位分布，這個變化會維持一小段時間。
大學點電荷的電場、高斯定律、機械感受毛
正文的算式，是由庫侖定律導出的點電荷電場公式。把高斯定律用在球對稱的情況，也能導出相同的形式。實際的蜜蜂和花都不是點，所以比較準確的做法是把它們當成有邊界的導體，用數值計算來解靜電場。在蜜蜂這一側，電場對體毛上感應出的電荷施力，使毛微微傾斜。一般認為，毛根部的機械感受神經元會捕捉這個傾斜。也有人認為，位於觸角基部的江氏器（Johnston's organ）也參與其中。
📖 算式的推導與更進階的內容：庫侖定律（維基百科） ／ 高斯定律（維基百科）
研究目前還不清楚的事
- 其他昆蟲也能感覺到花的電嗎？ 除了熊蜂，其他的蜜蜂和食蚜蠅等，也開始有對電場產生反應的報告。這種感覺的範圍有多廣，目前仍在研究中。
- 顏色、香味、電是怎麼組合起來的？ 雖然能做只靠電來選擇的實驗，但在真正的野外，電的線索有多大的分量，還不是很清楚。
- 天氣和人類生活的影響呢？ 大氣電場會隨天氣大幅改變。陰天、雨天，或在高壓電線附近，蜜蜂選花的方式會不會改變，目前還沒有答案。
也就是說，這篇文章的內容也只是「就目前所知範圍內的說明」。花的電的研究在 2010 年代才正式起步，未來的新發現可能會改變看法。
與課本的連結（依程度分）
| 程度 | 科目・單元 | 文章中的哪裡 |
|---|---|---|
| 國中 | 自然科學（國二）「靜電與電流」 | 蜜蜂因振翅而帶正電的原理 |
| 高中 | 物理「電場與電位」 | 點電荷的電場公式、花的電位與地面相同 |
| 高中＋ | 物理（進階）「靜電感應・尖銳導體」 | 花的尖端電場變強 |
| 大學 | 電磁學・感覺生理學 | 高斯定律、體毛的機械感受 |
| 研究 | 感覺生態學・傳粉生態學 | 電的線索在野外被使用到什麼程度 |
| ― | 與生活的連結 | 氣球靠近時手臂汗毛豎起的現象，原理相同 |
- Clarke, D. et al. (2013) Detection and Learning of Floral Electric Fields by Bumblebees. Science 340: 66–69
- Sutton, G. P. et al. (2016) Mechanosensory hairs in bumblebees (Bombus terrestris) detect weak electric fields. Proceedings of the National Academy of Sciences 113: 7261–7265
- Vaknin, Y. et al. (2000) The role of electrostatic forces in pollination. Plant Systematics and Evolution 222: 133–142
- 大氣電學（維基百科日文版：大気電気学）
- Morley, E. L. & Robert, D. (2018) Electric Fields Elicit Ballooning in Spiders. Current Biology 28: 2324–2330
※本文是寫給一般大眾的科學解說。文中的數值是為了理解原理的參考值與概算。蜜蜂的帶電量與電場強度，會因種類、天氣、測量方式而有很大差異。靠近蜜蜂觀察時，請保持距離，以免被螫。