Królowe trzmieli potrafią tydzień przeżyć pod wodą. Naukowcy są w szoku
Nowe badania nad trzmielami pokazują, że te niepozorne owady potrafią przetrwać zimowe skrajności w sposób, który wywraca do góry nogami dotychczasowe podręczniki biologii.
Wszystko zaczęło się od banalnej awarii w laboratorium, a skończyło na jednym z najbardziej zaskakujących wyników w badaniach nad owadami. Okazuje się, że królowe trzmieli w zimowym letargu potrafią przeżyć pod wodą nawet tydzień, pobierając tlen wprost z otoczenia, mimo że z biologicznego punktu widzenia są typowo lądowe.
Awaria lodówki, cztery królowe w wodzie i wynik, którego nikt się nie spodziewał
Trzmiele spędzają zimę głęboko pod ziemią, w bezruchu, w stanie głębokiej hibernacji. Gdy grunt nasiąka wodą po intensywnych opadach, ich zimowe komory potrafią się całkowicie wypełnić. Do niedawna zakładano, że taki scenariusz oznacza dla nich po prostu powolne utonięcie.
W jednym z ośrodków badawczych w Kanadzie testowano zimujące królowe trzmieli, zamknięte pojedynczo w probówkach. Nocą rozszczelniła się laboratoryjna lodówka chłodząca próbki i zalała pojemniki lodowatą wodą. Rano cztery królowe unosiły się w wodzie od co najmniej kilkunastu godzin. Naukowcy spodziewali się znaleźć martwe owady. Wszystkie okazały się żywe.
To zaskoczenie przerodziło się w zaplanowany eksperyment. Zespół rozpoczął systematyczne testy odporności królowych trzmieli na zalanie. Łącznie zanurzono 143 zimujące samice w zimnej wodzie i monitorowano ich stan dzień po dniu.
Po siedmiu dobach nieprzerwanego przebywania pod wodą wciąż żyła zdecydowana większość królowych trzmieli. Część wytrzymała pełne osiem dni.
Najbardziej przewrotny okazał się wynik porównania z grupą kontrolną. Królowe pozostawione na powietrzu, w takich samych warunkach temperaturowych, przeżywały… krócej niż te, które trzymano całkowicie zanurzone w wodzie. To zmusiło badaczy do szczegółowego przyjrzenia się temu, co dzieje się z organizmem owada podczas zalanego zimowania.
Jak trzmiel „oddycha” bez płuc i bez skrzeli?
Trzmiele nie mają skrzeli ani żadnego typowego dla organizmów wodnych narządu oddechowego. Oddychają przez system tchawek, do których powietrze trafia przez drobne otwory w pancerzu – przetchlinki. Woda powinna ten system sparaliżować w kilka minut.
Zespół badawczy zaczął mierzyć ilość pobieranego tlenu i wydychanego dwutlenku węgla u zanurzonych królowych. Wynik jasno wskazał, że owady nie „wstrzymują oddechu” na długie godziny. One rzeczywiście wymieniają gazy oddechowe z otoczeniem, tylko w zupełnie inny sposób niż na lądzie.
Trzy triki, które ratują trzmielom życie pod wodą
Naukowcy opisali trzy powiązane mechanizmy, które razem umożliwiają ten zdumiewający wyczyn.
- Oddychanie przez pancerz – zewnętrzna warstwa ciała trzmiela, tzw. kutykula, przepuszcza niewielkie ilości tlenu rozpuszczonego w wodzie. Tlen wnika powoli w głąb tkanek, bez aktywnego pompowania.
- „Sztuczne skrzela” z włosków – gęste futerko trzmiela nie jest tylko izolacją termiczną. Drobne włoski zatrzymują cienką warstwę powietrza przy powierzchni ciała, niczym miniaturowy skafander gazowy. Na granicy woda–powietrze następuje wymiana: tlen z wody przechodzi do tej warstwy, a stamtąd do przetchlinek.
- Radykalne spowolnienie metabolizmu – w stanie hibernacji zapotrzebowanie królowej na tlen spada tak mocno, że powolna, pasywna wymiana gazowa zaczyna wystarczać.
W temperaturze około 3 stopni Celsjusza, przy normalnym spoczynku na powietrzu, królowa produkuje średnio 14,4 mikrolitra dwutlenku węgla na godzinę na gram masy ciała. Podczas pełnego zanurzenia ten wskaźnik spada do ok. 2,35 mikrolitra.
Metabolizm królowej trzmiela w wodzie kurczy się mniej więcej do jednej szóstej poziomu normalnej hibernacji.
Tak głęboka „ciemność energetyczna” oznacza, że organizm prawie się nie rusza, ogranicza do minimum wszystkie procesy, a zapotrzebowanie na tlen staje się ekstremalnie niskie. Wtedy wystarcza to, co przenika przez pancerz i cienką warstwę powietrza w futerku. Bez tego załamania metabolizmu trzmiel utonąłby w kilka godzin.
Zmiany klimatu pomagają i jednocześnie zagrażają trzmielom
Odkryta zdolność nabiera znaczenia w kontekście coraz intensywniejszych opadów. W wielu regionach Europy i Ameryki Północnej zimy coraz częściej przynoszą ulewne deszcze zamiast długotrwałych mrozów. Gleba w lasach, parkach i na łąkach potrafi być nieprzerwanie przesiąknięta wodą tygodniami.
Trzmiele zakopują się zwykle na kilka–kilkanaście centymetrów pod powierzchnią, często w pobliżu korzeni roślin lub resztek nor gryzoni. To miejsca, które łatwo zalewa woda z topniejącego śniegu lub zimowych deszczy. Możliwość przeżycia kilkudniowego „podtopienia” staje się więc konkretną przewagą ewolucyjną.
| Warunki zimowania | Ryzyko dla królowej | Rola zdolności przeżycia pod wodą |
|---|---|---|
| Sucha, lekko wilgotna gleba | Niewielkie, typowa hibernacja | Przetrwanie bez dodatkowych trików |
| Okresowe zalanie po silnych deszczach | Ryzyko utonięcia w ciągu godzin | Mechanizmy „wodnego oddychania” pozwalają doczekać odpływu wody |
| Długotrwałe podtopienie przez kilka–kilkanaście dni | Utrata rezerw energetycznych, śmierć z wyczerpania | Wciąż niejasne, czy trzmiel utrzyma się przy życiu po zimie |
Badacze podkreślają, że choć taka odporność na zalanie zwiększa szanse królowej na doczekanie wiosny, nie jest to magiczna tarcza na wszystkie skutki zmian klimatycznych. Bo im dłużej owad pozostaje w ekstremalnie spowolnionym trybie życia, tym szybciej zużywa skromne, zgromadzone jesienią zapasy tłuszczu.
Ile „kosztuje” tydzień pod wodą dla kolonii trzmieli
Los pojedynczej królowej decyduje o losie całej przyszłej kolonii. To ona po przebudzeniu z hibernacji musi sama założyć gniazdo, wychować pierwsze robotnice i zapewnić start nowej populacji trzmieli w danym miejscu.
W czasie zimy królowa stopniowo przepala swoje rezerwy tłuszczowe, żeby utrzymać minimalny metabolizm. Naukowcy podejrzewają, że długotrwałe przebywanie pod wodą przyspiesza to zużycie, bo organizm musi intensywniej regulować gospodarkę energetyczną i mierzyć się z dodatkowymi obciążeniami fizjologicznymi.
Planowane są analizy, w których badacze ważą królowe i mierzą ilość tłuszczu w ich ciele przed zalaniem i po jego zakończeniu. Dzięki temu da się oszacować, czy tydzień pod wodą oznacza dla przyszłej kolonii drobne opóźnienie startu, czy raczej dramatyczne osłabienie, które z góry skazuje ją na gorszy sezon.
Zdolność do przeżycia zalania może uratować królową, ale jednocześnie pozbawić ją części energii koniecznej do zbudowania silnego gniazda.
Jak długo trzmiel da radę w takich warunkach?
Najważniejsze pytanie wciąż pozostaje bez odpowiedzi: czy osiem dni pod wodą to absolutna granica, czy tylko limit sprawdzony w dotychczasowych testach? Nie wiadomo też, jak organizm zareaguje na powtarzające się cykle – zalanie, osuszenie, znów zalanie – tak typowe dla niestabilnych, deszczowych zim.
Naukowcy chcą sprawdzić, czy królowa, która przejdzie kilka takich epizodów, nadal będzie w stanie normalnie wyjść z ziemi, rozpocząć lęg i produkować zdrowe potomstwo. To kwestia kluczowa dla oceny, czy gatunki trzmieli rzeczywiście skorzystają z tej niezwykłej umiejętności w realnych warunkach pogodowych, czy tylko odwleką nieuniknione problemy.
Co ta wiedza zmienia dla ochrony zapylaczy
Trzmiele są jednymi z najważniejszych zapylaczy w rolnictwie i w miejskich ogrodach. W przeciwieństwie do wielu pszczół samotnic, ich królowe zimują w pojedynkę pod ziemią, a od ich przetrwania zależy cały „start” sezonu.
Zrozumienie, że potrafią znosić okresowe zalanie, zmienia podejście do ochrony siedlisk. Mniej sensowne staje się np. mechaniczne odsłanianie gleby z obawy przed „utopieniem” owadów, znacznie ważniejsze za to może być ograniczenie intensywnego przekopywania i ugniatania gruntu zimą i wczesną wiosną.
Ta praca inspiruje także kolejne zespoły badawcze. Wiele innych owadów, w tym część dzikich pszczół i muchówek, również zimuje pod ziemią w podobnych komorach. Istnieje spore prawdopodobieństwo, że niektóre z nich wykorzystują porównywalne triki fizjologiczne, tylko nikt do tej pory nie przyjrzał się im z odpowiednią uwagą.
Dla czytelników przyzwyczajonych do obrazu trzmiela jako ciężkiego, futrzastego „samolotu” brzęczącego nad łąką, wizja królowej, która tygodniami tkwi w lodowatej ziemi, oddycha przez pancerz i cienką warstwę powietrza przy futerku, może brzmieć jak science fiction. A to właśnie ta niezwykła odporność pozwala wiosną zobaczyć nad pierwszymi krokusami dobrze znaną, bzyczącą sylwetkę.
Z czysto praktycznego punktu widzenia ta wiedza przypomina, jak skomplikowane są zależności między klimatem, glebą, stylem prowadzenia ogrodów i losami znanych nam z balkonów czy parków owadów. Wystarczy kilka pozornie drobnych decyzji – mniej intensywne grabienie rabatek, rezygnacja z głębokiego przekopywania ziemi czy pozostawienie części dzikich zakątków – żeby dać takim superodpornym królowym szansę, z której i tak potrafią skorzystać w zaskakujący sposób.
