Naukowcy odkryli supermoc królowych trzmieli: potrafią przeżyć tydzień pod wodą

<strong>Królowa trzmiela zasypia głęboko w zimowej norce.

Śnieg topnieje, woda zalewa ziemię. A ona… dalej żyje.

Badacze z Kanady przypadkiem natknęli się na zjawisko, które wywraca do góry nogami nasze wyobrażenia o tych niepozornych zapylaczach. Królowe trzmieli w hibernacji potrafią nie tylko wytrzymać zalanie wodą, ale realnie „oddychać” pod wodą przez wiele dni. To zachowanie bardziej kojarzone z organizmami wodnymi niż z owadem, który całe życie spędza na lądzie.

Laboratoryjny pech, który zmienił się w przełom

Historia zaczęła się dość banalnie – od awarii lodówki w laboratorium na Uniwersytecie Guelph w 2020 roku. Doktorantka Sabrina Rondeau przechowywała tam próbki królowych trzmieli w stanie głębokiej hibernacji. W nocy urządzenie zaczęło przeciekać i zalało wodą tuby z owadami.

Rano badaczka zobaczyła cztery królowe pływające w wodzie od co najmniej 12 godzin. W normalnych warunkach taki scenariusz oznaczałby jedno: śmierć z powodu utopienia. Tymczasem wszystkie cztery okazały się żywe i zdolne do dalszych obserwacji.

Seria niefortunnych zdarzeń szybko przerodziła się w kontrolowany eksperyment, który odsłonił ukrytą zdolność królowych trzmieli do oddychania pod wodą podczas hibernacji.

Zaintrygowana, Rondeau przeprowadziła test na większą skalę. Zanurzyła 143 królowe trzmieli w zimnej wodzie, symulując zalane, zimowe norki w glebie. Następnie codziennie sprawdzała, które osobniki nadal żyją.

Osiem dni pod wodą i… lepsze przeżycie niż na lądzie

Wyniki wprawiły zespół w konsternację. Po siedmiu dniach nieprzerwanego zanurzenia w wodzie:

• przeżyło 81% królowych,
• niektóre osobniki wytrzymały aż osiem pełnych dni pod wodą,
• odsetek żywych samic był wyższy niż w grupie kontrolnej trzymanej przez ten sam czas na powietrzu.

To zupełnie nie pasowało do podręcznikowej wiedzy o owadach lądowych. Trzmiele nie mają skrzeli, nie pływają, nie żyją w wodzie. Mimo to rezerwują sobie zdolność do przetrwania wielodniowego zalania – dokładnie w okresie, kiedy są najbardziej narażone na powodzie glebowe, czyli zimą.

Jak trzmiel „oddycha” pod wodą: trzy filary supermocy

Aby zrozumieć, co się dzieje z zanurzoną królową, zespół zmierzył jej zużycie tlenu i wydzielanie dwutlenku węgla. Wyniki opublikowane w „Proceedings of the Royal Society B” wskazują jednoznacznie: królowe w hibernacji wymieniają gazy oddechowe z otoczeniem także pod wodą. Nie chodzi o zwykłe „wstrzymanie oddechu”.

1. Oddychanie przez oskórek

Pierwszy mechanizm ma charakter pasywny. Oskórek, czyli chitynowa „skóra” owada, przepuszcza niewielkie ilości tlenu rozpuszczonego w wodzie. Cząsteczki gazu dyfundują prosto do tkanek, bez udziału aktywnego pompowania powietrza przez układ oddechowy.

Im niższe tempo życia i metabolizmu, tym taka droga wystarcza do pokrycia części zapotrzebowania na tlen. U aktywnego, latającego trzmiela byłoby to kompletnie niewydolne. U zahibernowanej królowej – już niekoniecznie.

2. „Fizyczne skrzela” z włosków na ciele

Druga ścieżka jest jeszcze ciekawsza. Ciało trzmiela pokrywają gęste, drobne włoski. W wodzie tworzą one cienką warstwę powietrza przylegającą do ciała, coś w rodzaju miniaturowego kombinezonu gazowego. Taki pęcherzyk działa jak fizyczne skrzele.

Warstwa powietrza uwięziona między włoskami staje się ruchomą membraną: tlen dyfunduje z wody do tej otoczki, a stamtąd trafia do przetchlinek i dalej do wnętrza ciała trzmiela.

To zjawisko znane jest z niektórych chrząszczy wodnych, ale u trzmieli – typowych mieszkańców łąk i ogrodów – nikt się go nie spodziewał. Tutaj pełni funkcję awaryjnego systemu podtrzymywania życia, uruchamianego w czasie powodzi w glebie.

3. Skrajne spowolnienie metabolizmu

Najważniejszym elementem układanki okazuje się radykalne ograniczenie wydatków energetycznych. Królowa trzmiela w hibernacji i tak funkcjonuje na bardzo niskich obrotach. Gdy wyląduje pod wodą, jej metabolizm spada jeszcze mocniej.

Przy temperaturze 3°C badacze zmierzyli, ile dwutlenku węgla produkuje pojedyncza królowa:

Różnica jest ogromna – metabolizm w wodzie spada do około jednej szóstej wartości wyjściowej. Taki zjazd oszczędza tlen i sprawia, że nawet minimalny dopływ tego gazu przez oskórek i fizyczne skrzela wystarcza, aby utrzymać komórki przy życiu przez wiele dni.

Trzmiele a klimat: odporność na powodzie glebowe

Królowa trzmiela to fundament całej kolonii. Jesienią zapłodnione samice zakopują się w ziemi, zwykle na kilka centymetrów lub kilkanaście centymetrów pod powierzchnią, i tam trwają od listopada do marca. Bezpieczne zimowisko oznacza przetrwanie przyszłej populacji w danej okolicy.

W ostatnich latach zimy coraz częściej przynoszą ulewne deszcze, roztopy i lokalne podtopienia. Gleba szybko się nasącza, a norki trzmieli łatwo wypełniają się wodą. Dawniej sądzono, że to jedna z głównych przyczyn dużej śmiertelności zimującej części populacji.

Zdolność do wielodniowego funkcjonowania pod wodą może działać jak biologiczny bezpiecznik, który chroni królowe trzmieli przed skutkami coraz gwałtowniejszych zjawisk pogodowych.

Choć nie wiemy jeszcze, jak ten mechanizm sprawdza się w naturze podczas realnych powodzi glebowych, sama możliwość kilku- lub kilkudniowego „przeczekania” zalania daje tym owadom istotną przewagę w szybko zmieniającym się klimacie Europy i Ameryki Północnej.

Niewyjaśnione granice supermocy

Badania w laboratorium ujawniły, że osiem dni pod wodą nie zabija większości królowych. Na wiele pytań wciąż brakuje odpowiedzi. Naukowcy nie ustalili, czy to faktyczna granica możliwości, czy po prostu maksymalny czas testu.

Inny problem dotyczy powtarzalności takich epizodów. W naturze zimowe zalania często pojawiają się falami – po deszczu przychodzi mróz, potem znowu roztopy. Dla królowej oznacza to serię cykli: zalanie – osuszenie – ponowne zalanie. Nie wiadomo, czy trzmielka jest w stanie przeżyć kilka takich sekwencji w jednym sezonie.

Badaczy interesuje także cena, jaką płaci za to organizm. Królowa zimą żyje wyłącznie z własnych zapasów tłuszczu. Im mocniej je nadwyręży, tym mniejsze ma szanse wiosną na założenie silnego gniazda, budowę pierwszych komórek i wychowanie robotnic.

Zespół Rondeau planuje mierzyć ilość tłuszczu przed i po zanurzeniu, aby sprawdzić, o ile szybciej topnieją rezerwy energetyczne. Jeśli okaże się, że tydzień pod wodą dramatycznie osłabia królowe, w statystykach może to wyglądać jak sukces przeżycia zimy, ale w praktyce przełoży się na słabsze kolonie i mniej zapylaczy na łąkach.

Czy inne owady lądowe też skrywają podobne zdolności?

Wnioski z tego projektu sięgają dalej niż sam trzmiel. Wiele lądowych owadów zapylających – od innych gatunków trzmieli po pszczoły samotnice – również zimuje w glebie lub w wilgotnych szczelinach. Część z nich trafia na identyczne zagrożenia: gwałtowne ulewy, zalane norki, lód blokujący odpływ wody.

Jeżeli trzmiele potrafią przetrwać kilkudniowe zalanie, nie można wykluczyć, że inne grupy owadów rozwinęły własne kombinacje podobnych trików: pasywnej wymiany gazowej, fizycznych skrzeli z włosków czy ekstremalnej depresji metabolizmu. Do tej pory mało kto sprawdzał takie hipotezy u owadów teoretycznie „nieprzystosowanych” do wody.

Badania inspirowane trzmielami mogą więc odsłonić ukryte zasoby odporności u wielu ważnych zapylaczy. To z kolei zmieni sposób, w jaki prognozujemy ich przyszłość w krajobrazie coraz częściej nawiedzanym przez anomalie pogodowe.

Co to oznacza w praktyce dla ludzi i ekosystemów

Z perspektywy rolników i ogrodników wiedza o takich mechanizmach pomaga lepiej ocenić ryzyko spadku liczebności trzmieli. Nawet jeśli królowe przeżyją powódź glebową, ich wiosenne gniazda mogą ruszać z opóźnieniem lub w mniejszej skali. To przekłada się na:

• mniejszą skuteczność zapylania na początku sezonu,
• niższe plony roślin wymagających zapylaczy,
• silniejsze uzależnienie od niewielkiej liczby dobrze funkcjonujących kolonii.

Z drugiej strony, fakt, że trzmiele mają taki bufor bezpieczeństwa, zmniejsza ryzyko całkowitego załamania lokalnych populacji po pojedynczej, wyjątkowo mokrej zimie. Ich ekologia okazuje się bardziej elastyczna, niż sugerowały dotychczasowe modele.

Warto też zwrócić uwagę na możliwe skutki kumulacyjne. Królowe, które przetrwały zalanie, mogą potem natrafić na inne obciążenia: pestycydy w uprawach, brak różnorodnego pokarmu, upały w środku lata. Każdy z tych czynników osobno bywa znośny, ale w połączeniu z wyczerpaniem po trudnej zimie może doprowadzić do gwałtownego spadku przeżywalności kolonii.

Dla laików opisane zjawisko może brzmieć jak ciekawostka biologiczna, lecz w rzeczywistości mówi wiele o granicach adaptacji owadów do klimatu, który wymyka się dawnym normom. Trzmiele pokazują, że ewolucja potrafi przygotować organizmy na scenariusze, których sami jeszcze do końca nie rozumiemy. Pytanie, jak długo ta wrodzona elastyczność nadąży za tempem zmian środowiska narzuconym przez człowieka.