Badaczka przez przypadek odkryła „wodny tryb życia” królowych trzmieli

Zwykły wypadek w laboratorium zmienił everything, co wiemy o trzmielach. Podczas rutynowego eksperymentu część hibernujących królowych przypadkowo została całkowicie zatopiona w wodzie. Zamiast martwych owadów badaczka zobaczyła żywe osobniki po kilkunastu godzinach – i to był dopiero początek zaskakującej historii, która rewolucjonizuje nasze rozumienie wytrzymałości tych ważnych zapylaczy.

Laboratoryjny pech zamienił się w jedną z najbardziej zaskakujących historii o owadach w ostatnich latach.

Podczas rutynowego eksperymentu część hibernujących królowych trzmieli została całkowicie zatopiona w wodzie. Zamiast martwych okazów badaczka zobaczyła po kilkunastu godzinach owady, które wciąż żyły – i to był dopiero początek rewolucji w tym, jak patrzymy na granice wytrzymałości tych zapylaczy.

Trzmiele pod wodą przez tydzień. Nikt się tego nie spodziewał

Trzmiele spędzają zimę zakopane w ziemi. Samotne królowe zapadają w głęboki bezruch, czekając na wiosnę, kiedy założą nowe gniazda. Z punktu widzenia biologów sprawa wydawała się prosta: owad lądowy, zero przystosowań do życia w wodzie, więc zalanie kryjówki powinno oznaczać dla niego koniec.

Nowe dane z laboratorium uniwersytetu w Guelph wywracają ten obraz. W trakcie przygotowywania prób w 2020 roku jeden z laboratorijnych lodówek przeciekał. Woda w nocy dostała się do pojemników z królowymi trzmieli, całkowicie je przykrywając. Po ponad 12 godzinach w wodzie badaczka spodziewała się zobaczyć tylko martwe ciała. Zamiast tego wszystkie cztery królowe były żywe.

Zaskoczona wynikiem zdecydowała się na kontrolowany test. Zanurzyła łącznie 143 królowe w zimnej wodzie i cierpliwie czekała. Po siedmiu dobach wciąż żyło 81 procent owadów. Część osobników wytrzymała nawet pełnych osiem dni. Co więcej, wskaźnik przeżycia okazał się lepszy niż u trzmieli trzymanych w tym samym czasie na powietrzu, w suchych warunkach.

Ta seria doświadczeń pokazuje, że królowe trzmieli potrafią funkcjonować całkowicie zanurzone w wodzie przez około tydzień, korzystając z tlenu rozpuszczonego w wodzie.

To zmienia sposób, w jaki patrzymy na zimowe życie trzmieli. Do tej pory mało kto zakładał, że długotrwałe zalanie ich podziemnych kryjówek jest dla nich realnie do zniesienia. Tymczasem badania sugerują, że mamy do czynienia z zestawem wyrafinowanych, choć z zewnątrz niewidocznych trików fizjologicznych.

Jak lądowy owad „oddycha” pod wodą

Naukowcy zmierzyli, co dzieje się z gazami oddechowymi trzmieli, gdy te przebywają pod wodą. Rejestrowali ilość tlenu, którą owady pobierają, oraz dwutlenku węgla, który wydzielają. Wyniki jasno wskazały: trzmiele nie duszą się ani nie polegają na zapasie powietrza złapanym przed zanurzeniem. One naprawdę wymieniają gazy oddechowe z otoczeniem, nawet gdy wszędzie wokół jest tylko woda.

Skóra jak filtr tlenowy

Pierwszy mechanizm jest zaskakująco prosty: część tlenu przechodzi przez powierzchnię ciała owada. Zewnętrzna warstwa, czyli oskórek, nie jest idealną barierą. Przy odpowiednio niskim tempie przemiany materii cząsteczki tlenu z wody mogą przenikać przez nią prosto do tkanek.

Powietrzna „gaśnica” z włosków

Drugi element układanki tworzą gęste włoski pokrywające ciało trzmiela. Tworzą one cienką warstwę powietrza przy skórze, coś w rodzaju mikroskopijnej powłoki, która nie od razu ucieka do otoczenia. To w tej przestrzeni następuje wymiana: tlen z wody przedostaje się do cienkiej warstwy gazu, a stamtąd trafia do otworków oddechowych owada.

Takie „fizyczne skrzela” znane są u niektórych wodnych chrząszczy czy pająków nurkujących pod powierzchnią stawów. Trzmiele zaliczano dotąd wyłącznie do kategorii owadów lądowych, więc nikt nie spodziewał się, że w warunkach hibernacji ich ciało może zachowywać się podobnie.

Metabolizm na szóstym biegu wstecznym

Najważniejsza zmiana zachodzi w środku organizmu. Gdy królowe wchodzą w stan zimowego odrętwienia, ich metabolizm drastycznie zwalnia. Badania pokazują, że u uśpionej królowej trzymanej w niskiej temperaturze produkcja dwutlenku węgla wynosi średnio 14,4 mikrolitra na godzinę w przeliczeniu na gram masy ciała. Po zanurzeniu w wodzie ten wynik spada do około 2,35 mikrolitra.

Przemiana materii hibernujących królowych pod wodą spada mniej więcej do jednej szóstej wartości wyjściowej. Dzięki temu ich zapotrzebowanie na tlen jest tak niskie, że wystarcza bierna wymiana gazów.

Bez takiego radykalnego ograniczenia tempa reakcji życiowych trzmiele nie miałyby szans. Warstwa powietrza wśród włosków i przenikanie tlenu przez oskórek zapewniają tylko minimalny dopływ tlenu. W normalnym trybie aktywności taki dopływ nie pokryłby nawet ułamka potrzeb organizmu, a owad udusiłby się w ciągu kilku godzin.

Po co trzmielom ta „supermoc” i gdzie są jej granice

Ekologiczny sens tego zestawu przystosowań widać coraz wyraźniej, gdy spojrzymy na pogodę. Zimy w Europie i Ameryce Północnej coraz częściej przynoszą długie okresy roztopów i intensywne deszcze. Gleba, w której zimują królowe, szybko się przepełnia. Woda wdziera się do ich kryjówek, czasem na dni, a nawet tygodnie.

Dla gatunku, który opiera się na pojedynczych samicach zakładających na wiosnę całe kolonie, taka umiejętność przetrwania pod wodą to duży atut. Bez niej pojedyncza, pechowo zalana królowa oznaczałaby brak całej przyszłorocznej rodziny trzmieli w danej okolicy.

Czego naukowcy jeszcze nie wiedzą

• nie ustalono, czy osiem dni zanurzenia to absolutna granica, czy tylko zakres przetestowany w laboratorium,
• brakuje danych, jak trzmiele radzą sobie z kilkoma zalaniami z rzędu w jednym sezonie,
• nie wiadomo dokładnie, jaki jest koszt energetyczny takiego ekstremalnego trybu przetrwania.

W czasie zimy królowe żyją wyłącznie z zapasów tłuszczu gromadzonych jesienią. Każda dodatkowa dawka stresu – jak długie przebywanie pod wodą – przyspiesza spalanie tych rezerw. Zbyt duże uszczuplenie zapasów może sprawić, że na wiosnę samica nie będzie miała siły założyć gniazda i odchować pierwszych robotnic. Zespół badawczy planuje więc porównać ilość tłuszczu u królowych przed i po zanurzeniu, żeby oszacować cenę, jaką płacą za „wodny tryb przetrwania”.

Co to oznacza dla innych zapylaczy i dla człowieka

Trzmiele nie są jedynymi owadami, które spędzają zimę samotnie, zakopane w ziemi. Tak funkcjonuje wiele gatunków dzikich pszczół oraz innych pożytecznych zapylaczy. Jeśli królowe trzmieli potrafią korzystać z tlenu rozpuszczonego w wodzie, możliwe, że podobne zdolności mają też inne gatunki, tylko nikt ich jeszcze nie zauważył.

Dla człowieka ta historia ma dwa praktyczne wątki. Z jednej strony pokazuje, że niektóre gatunki owadów posiadają ukryte rezerwy wytrzymałości i mogą lepiej znosić podtopienia niż dotąd sądzono. Z drugiej – przypomina, że granice tej odporności wciąż pozostają niejasne. Seria coraz ostrzejszych zimowych powodzi może przekroczyć możliwości adaptacyjne nawet najbardziej „twardzielskich” gatunków.

Ta różnica w przeżywalności sugeruje, że w pewnych zakresach warunki wodne mogą paradoksalnie stabilizować sytuację fizjologiczną królowych – temperatura jest bardziej stała, a metabolizm może wejść na jeszcze niższy poziom niż przy suchym, chłodnym powietrzu. Kluczowe będzie ustalenie, gdzie przebiega granica między korzystnym spowolnieniem życia a stanem, z którego owad nie jest w stanie już wrócić.

Dla osób zajmujących się ochroną przyrody te dane to konkretny sygnał: warto uwzględniać strukturę gleby, retencję wody i lokalne ryzyko podtopień przy projektowaniu miejsc przyjaznych zapylaczom. Prosty przykład to ogrody deszczowe czy rabaty z nieco wyżej położonymi, piaszczystymi fragmentami ziemi, gdzie królowe mają większą szansę znaleźć zimową kryjówkę niezagrożoną permanentnym zalaniem.

Z punktu widzenia przeciętnego ogrodnika czy właściciela działki podstawowy wniosek jest prosty: im bardziej zróżnicowane i „nieidealne” mamy zakamarki w ziemi – skarpy, luźne, nieprzekopywane fragmenty, miejsca osłonięte przed spływem wody z całej posesji – tym wyższa szansa, że jakaś królowa trzmieli bezpiecznie przeczeka tam zimę. A każda taka samica to kilkadziesiąt, czasem kilkaset robotnic, które wiosną i latem będą zapylać nasze warzywa, drzewa owocowe i dzikie rośliny.