Królowe trzmieli z niezwykłą odpornością: potrafią przeżyć tydzień pod wodą

Hibernują pod ziemią, trafiają do zalanych komór i… dalej żyją.

Nowe badania pokazują, że królowe trzmieli kryją zaskakującą umiejętność.

Naukowcy z Kanady opisali przypadek, który zaczął się od awarii laboratoryjnej, a skończył na jednym z najbardziej nietypowych eksperymentów nad owadami. Okazało się, że królowe trzmieli w głębokim zimowym uśpieniu potrafią przetrwać nawet tydzień całkowicie zanurzone w wodzie, oddychając w zupełnie inny sposób, niż można by się spodziewać po owadzie lądowym.

Awaria lodówki, cztery „utopione” królowe i niespodziewany wynik

Cała historia zaczęła się w 2020 roku na uniwersytecie w Guelph w Kanadzie. Badaczka przygotowywała próbki królowych trzmieli w stanie zimowej hibernacji, przechowywanych w specjalnych probówkach w chłodziarce. W nocy sprzęt zaczął przeciekać i zalał pojemniki wodą.

Nad ranem w czterech probówkach unoszące się na wodzie królowe wyglądały na martwe. Spędziły w wodzie ponad 12 godzin, bez dostępu do powietrza. Z punktu widzenia klasycznej fizjologii owadów – powinny nie przeżyć takiej sytuacji.

Ku zaskoczeniu badaczki wszystkie cztery osobniki wciąż żyły. To nie był drobny przypadek, który można zignorować. Zespół postanowił sprawdzić systematycznie, jak daleko sięga ta odporność na zalanie.

Tydzień pod wodą: trzmiele biją własne rekordy przeżycia

Naukowcy przeprowadzili kontrolowany eksperyment na 143 królowych trzmieli w stanie hibernacji. Umieszczono je w zimnej wodzie i obserwowano przez kolejne dni.

Wyniki zaskoczyły wszystkich:

• po 7 dniach ciągłego zanurzenia przy życiu pozostawało około 81% królowych,
• niektóre osobniki wytrzymały 8 dni pod wodą,
• co ciekawsze, przeżywalność była wyższa niż u grupy kontrolnej trzymanej przez ten sam czas na powietrzu.

Tak długie przeżycie owada lądowego w wodzie, bez żadnych widocznych narządów oddechowych dostosowanych do środowiska wodnego, całkowicie podważa dotychczasowe przekonania o granicach ich fizjologii.

Te dane zmusiły badaczy do szerszego spojrzenia na zimowe życie trzmieli. Królowe spędzają miesiące – zwykle od listopada do marca – zakopane kilka–kilkanaście centymetrów pod powierzchnią ziemi. Kiedy zimą lub wczesną wiosną pojawiają się ulewne deszcze, ich ziemne kryjówki mogą całkowicie się wypełnić wodą. Mimo to kolonie trzmieli wciąż wracają każdej wiosny.

Jak trzmiel oddycha pod wodą: trzy sprytne sztuczki organizmu

Aby zrozumieć, co faktycznie dzieje się z królową w zalanej komorze, zespół zmierzył zużycie tlenu i produkcję dwutlenku węgla przez owady zanurzone w wodzie. Nie chodziło o to, ile „powietrza” zabrały ze sobą, ale czy ich organizm w ogóle prowadzi wymianę gazową podczas pobytu pod wodą.

Badania pokazały wyraźnie: królowe nie siedzą pod wodą z zaciśniętym układem oddechowym. One naprawdę oddychają, wykorzystując trzy współdziałające mechanizmy.

1. Pasywne pobieranie tlenu przez pancerz

Trzmiele mają chitynowy pancerz, czyli kutikulę, która nie jest całkowicie szczelna. Cząsteczki tlenu rozpuszczone w wodzie mogą powoli przenikać przez tę warstwę wprost do tkanek. Proces jest bardzo wolny, lecz w stanie głębokiego uśpienia wystarcza jako jedno z uzupełniających źródeł tlenu.

2. „Sztuczne skrzela” z włosków na ciele

Drugi mechanizm wygląda jak wersja miniaturowych skrzeli, ale opiera się na strukturze włosków okrywających ciało trzmiela. Tworzą one cienką warstwę powietrza przylegającą do powierzchni owada, gdy ten znajdzie się w wodzie.

Warstwa powietrza uwięziona między włoskami działa jak fizyczne skrzele: tlen z wody przechodzi do tej mikroskopijnej „bańki”, a stamtąd do przetchlinek odpowiedzialnych za oddychanie.

Dzięki temu na granicy woda–powietrze powstaje strefa ciągłej wymiany gazowej. Nie przypomina to pracy płuc, lecz raczej filtr, który stale „podciąga” tlen z otoczenia.

3. Drastyczne obniżenie metabolizmu

Najbardziej ekstremalny jest trzeci element układanki. W hibernacji trzmiel funkcjonuje na awaryjnym trybie energetycznym. Badacze policzyli, ile dwutlenku węgla produkuje taka królowa w niskiej temperaturze, a ile po zanurzeniu.

Oznacza to spadek metabolizmu do mniej więcej jednej szóstej pierwotnej wartości. Organizm zużywa wtedy minimalne ilości tlenu. Dzięki temu wystarcza to, co trafi przez kutikulę i „skrzele” z włosków.

Bez tak silnego przygaszenia metabolizmu królowe prawdopodobnie utonęłyby po kilku godzinach. W hibernacji tworzą natomiast biologiczny układ przetrwania, który pozwala im wytrwać całe dni.

Trzmiele a klimat: zalane gleby, zimowe ulewy i selekcja naturalna

Zmiany klimatyczne niosą nie tylko upały, lecz także coraz gwałtowniejsze opady. W Europie i Ameryce Północnej rośnie liczba epizodów zimowych ulew, które zamieniają glebę w nasiąkniętą wodą masę na długie tygodnie.

Dla królowych trzmieli to krytyczny moment. Całą przyszłą kolonię w danym roku zapewnia jedna samica, która przeżyła zimę. Jeżeli utopi się w zalanej komorze, nie powstanie żaden nowy rój.

Umiejętność wytrwania pod wodą przez kilka dni może działać jak rodzaj polisy ubezpieczeniowej gatunku w coraz bardziej deszczowych zimach.

Badacze zaznaczają, że taka cecha adaptacyjna ma duże znaczenie ewolucyjne. Osobniki, które lepiej radziły sobie w przelanych wodą glebach, miały większe szanse na przeżycie i założenie kolonii. Z czasem w populacjach mogły się utrwalić genetyczne i fizjologiczne podstawy tej odporności.

Niewiadome: jak długo wytrzyma trzmiel i za jaką cenę?

Mimo imponujących wyników eksperymentu sporo pytań pozostaje otwartych. Testowane 8 dni zanurzenia to tylko granica sprawdzona w laboratorium. Nie wiadomo, czy królowe są w stanie przeżyć jeszcze dłużej, czy tam właśnie kończy się ich wytrzymałość.

Kolejna kwestia dotyczy powtarzalności takich zdarzeń. W naturze komora zimowa może zalewać się i osuszać kilkukrotnie w czasie jednej zimy, gdy deszcze i roztopy przeplatają się z okresami mrozu. Nie ma jeszcze danych, czy królowa jest w stanie bez większych szkód przeżyć kilka takich cykli z rzędu.

Najbardziej delikatny wątek dotyczy energii. Zimujące trzmiele zużywają zapasy tłuszczu zgromadzone jesienią. Ten „magazyn” ma wystarczyć aż do wiosny, kiedy królowa zacznie szukać miejsca na gniazdo i składać pierwsze jaja.

Długotrwałe zanurzenie może przyspieszać spalanie tych rezerw. Organizm, który walczy o przetrwanie w skrajnych warunkach, nie działa już w idealnie oszczędnym trybie. Jeżeli zasoby tłuszczu stopnieją zbyt mocno, wiosenna samica może nie mieć siły na budowę gniazda i wychowanie pierwszego pokolenia robotnic.

Co dalej z badaniami nad trzmielami i innymi zapylaczami

Zespół z Kanady planuje teraz bardziej szczegółowe pomiary. Naukowcy chcą porównywać zawartość tłuszczu w ciele królowych przed i po zanurzeniu, sprawdzać, ile energii naprawdę kosztuje je taki „wodny epizod” oraz czy owady po wyjściu z wody równie skutecznie zakładają nowe kolonie.

Interesujące jest też pytanie, czy podobna umiejętność nie występuje u innych owadów. Sporo gatunków zapylaczy spędza zimę w glebie, w martwych łodygach roślin albo pod warstwą ściółki. Ich schronienia również mogą się okresowo zalewać.

Jeżeli więcej lądowych owadów potrafi choć przez kilka dni funkcjonować w wodzie, może to częściowo tłumaczyć, czemu część populacji wciąż radzi sobie z coraz gwałtowniejszymi zjawiskami pogodowymi.

Dla ludzi zajmujących się ochroną przyrody taka wiedza jest cenna. Pokazuje, że niektóre gatunki mają większy margines bezpieczeństwa niż sądziliśmy, ale też uświadamia, że granice tej odporności wciąż pozostają niejasne. Jedna seria zalewów może nie zniszczyć populacji, lecz kilka ekstremalnych zim z rzędu może już nadwyrężyć nawet tak przystosowane organizmy.

Z praktycznego punktu widzenia warto patrzeć na siedliska trzmieli szerzej niż tylko przez pryzmat kwiatów. Równie istotna staje się struktura gleby: głębokość warstwy próchnicznej, przepuszczalność, obecność ciężkiej gliny zatrzymującej wodę. Drobne działania – jak pozostawianie fragmentów ogrodu z luźniejszą, nieugniecioną ziemią czy ograniczanie ciężkiego sprzętu na terenach cennych przyrodniczo – mogą w realny sposób poprawić warunki zimowania królowych.

W szerszej perspektywie ta historia dobrze pokazuje, jak przypadkowe zdarzenie w laboratorium potrafi odsłonić zupełnie nową stronę biologii znanego gatunku. Trzmiel, którego większość osób kojarzy z powolnym brzęczeniem nad kwiatami, zimą zamienia się w stworzenie zawieszone między światem lądu a wodą, balansujące na granicy minimalnego metabolizmu i niezwykłej fizjologii oddechowej.