Szokujące badanie: królowe trzmieli potrafią tydzień przeżyć pod wodą

Nowe badania wywracają to przekonanie.

Naukowcy przypadkiem natknęli się na niezwykłą zdolność królowych trzmieli w zimowym letargu. Okazało się, że potrafią one nie tylko wytrzymać krótkie zalanie, ale przeżyć całe dni zanurzone w wodzie, dosłownie „oddychając” tym, co jest w niej rozpuszczone. To odkrycie zmienia spojrzenie na granice wytrzymałości owadów i ma znaczenie w kontekście coraz częstszych zimowych podtopień.

Jak trzmiele spędzają zimę pod ziemią

Królowe trzmieli, te jedyne samice, które przeżywają zimę, od jesieni zakopują się w ziemi. Szukają miękkiego podłoża, najczęściej na skraju łąk, w ogrodach, na obrzeżach lasów. Tam drążą niewielką jamkę i zapadają w głęboki stan uśpienia, który trwa zwykle od listopada do marca.

W tym czasie nie jedzą, nie latają, prawie się nie ruszają. Żyją wyłącznie z zapasów tłuszczu zgromadzonych jesienią. Ich metabolizm spowalnia do absolutnego minimum, a każdy dodatkowy wydatek energii może kosztować je życie. Z perspektywy laika brzmi to jak „zimowy sen”, choć w rzeczywistości to precyzyjnie wyregulowany stan fizjologiczny, w którym liczy się każdy mikrolitr tlenu.

Problem pojawia się, gdy zimą przychodzą ulewne deszcze, a gleba nasiąka wodą jak gąbka. Zimowe jamki trzmieli bywają wtedy całkowicie zalane. Instynktownie można by założyć, że owad bez skrzeli, uwięziony pod ziemią w wodzie, zginie w ciągu godzin. Nowe dane pokazują coś zupełnie przeciwnego.

Awaria lodówki i cztery „utopione” królowe

Przełom zaczął się od pechowego wieczoru w laboratorium. Badaczka pracująca na uniwersytecie w Guelph przechowywała królowe trzmieli w stanie hibernacji w probówkach w chłodni. Niesprawna lodówka w nocy zaczęła przeciekać i zalała pojemniki z owadami. Rano cztery królowe dryfowały w wodzie, po ponad 12 godzinach pełnego zanurzenia.

Logiczne oczekiwanie było proste: martwe owady, stracony materiał badawczy. Ku ogromnemu zaskoczeniu wszystkie cztery królowe wciąż żyły. Ten nieplanowany eksperyment stał się punktem wyjścia do serii dokładnie zaprojektowanych testów odporności na zalanie.

Badacze zanurzyli w zimnej wodzie 143 królowe trzmieli w hibernacji. Po siedmiu dniach żyła wciąż zdecydowana większość, a pojedyncze osobniki wytrzymały aż osiem dób pod wodą.

Co jeszcze bardziej zaskakujące, przeżywalność owadów trzymanych pod wodą była w tych warunkach wyższa niż w grupie kontrolnej, która całą zimową próbę spędziła na powietrzu. Sugeruje to, że zanurzenie nie musi być wyłącznie skrajnym zagrożeniem – w pewnych okolicznościach może nawet chronić przed innymi stresami, choć wymaga to dalszych badań.

Jak to możliwe? Trzy filary „wodnego trybu” trzmieli

1. Oddychanie przez oskórek

Naukowcy zaczęli mierzyć, ile tlenu zużywają i ile dwutlenku węgla wydzielają królowe zanurzone w wodzie. Wynik był jednoznaczny: owady nie siedzą pod wodą „na bezdechu”. Wymiana gazowa trwa przez cały czas.

Pierwszy mechanizm to bierne wchłanianie tlenu przez oskórek, czyli zewnętrzną „skórę” owada. Cienka warstwa tkanek pozwala cząsteczkom tlenu rozpuszczonego w wodzie wnikać powoli do wnętrza ciała. To bardzo wydajna droga, o ile zapotrzebowanie organizmu na energię spadnie do absolutnego minimum.

2. „Sztuczne skrzela” z powietrza między włoskami

Drugim elementem układanki jest coś, co badacze nazywają fizycznymi skrzelami. Ciało trzmiela pokrywają gęste, drobne włoski. Pod wodą zatrzymują one cieniutką warstwę powietrza, która przylega do ciała niczym mikroskopijna pianka.

Warstwa powietrza uwięziona między włoskami działa jak ruchoma granica: z jednej strony znajduje się woda z tlenem, z drugiej – układ oddechowy owada.

Tlen z wody przechodzi najpierw do tej cienkiej warstwy gazu, a dopiero stamtąd – przez przetchlinki – do wnętrza organizmu. To powolny, ale stały dopływ tlenu, który, przy odpowiednio wolnym metabolizmie, wystarcza, by utrzymać królową przy życiu przez kolejne godziny i dni.

3. Spektakularne spowolnienie pracy organizmu

Największe wrażenie robi jednak to, co dzieje się z metabolizmem królowych. Gdy trzmiel odpoczywa w chłodzie, w temperaturze około 3°C, produkuje średnio 14,4 mikrolitra dwutlenku węgla na godzinę na gram masy ciała. Po pełnym zanurzeniu ta wartość spada do zaledwie 2,35 mikrolitra.

Innymi słowy, metabolizm królowej w wodzie zwalnia mniej więcej sześciokrotnie. Im mniejsze zapotrzebowanie na tlen i energię, tym łatwiej utrzymać funkcje życiowe wyłącznie dzięki tym skromnym ilościom tlenu, które docierają przez oskórek i „powietrzną pelerynę” między włoskami.

Bez tak głębokiego spowolnienia procesów życiowych królowe udusiłyby się w ciągu kilku godzin. To właśnie radykalne oszczędzanie energii umożliwia tydzień przeżycia pod wodą.

Zmiany klimatu i zalane nory trzmieli

Najdalsze konsekwencje tych badań sięgają poza samo laboratorium. Zimy w Europie i Ameryce Północnej stają się coraz bardziej mokre. Zamiast długotrwałych mrozów pojawiają się częste, intensywne opady, gwałtowne odwilże i powtarzające się podtopienia. Dla królowej trzmiela oznacza to większe ryzyko, że jej jama zimowa zamieni się w błotnistą, zalaną kieszeń gleby.

Umiejętność przeżycia wielu dni pod wodą może więc działać jak coś w rodzaju polisy ubezpieczeniowej. Kolonie, których królowe radzą sobie lepiej z takim stresem, mają większą szansę przetrwać i wydać wiosną potomstwo. W skali wielu pokoleń może to wpływać na skład populacji i rozmieszczenie gatunków trzmieli.

Co wciąż pozostaje niewiadomą

Naukowcy podkreślają, że mimo imponujących wyników wiele pytań zostaje bez odpowiedzi. Nie wiadomo choćby, czy osiem dni to granica możliwości, czy tylko próg, do którego dotarto w dotychczasowych testach. Brakuje też danych, jak królowe poradzą sobie z kilkukrotnym cyklem zalania i osuszenia w jednym sezonie, co w naturze wcale nie jest rzadkie.

Kluczowa jest też kwestia kosztu energetycznego całej strategii. W czasie zimy królowe stopniowo spalają zgromadzony tłuszcz. Długotrwałe zanurzenie, nawet przy tak mocnym zwolnieniu metabolizmu, może przyśpieszać zużycie zapasów. Jeśli po wynurzeniu królowa będzie zbyt wychudzona, może nie wystarczyć jej sił na założenie gniazda i odchowanie pierwszych robotnic.

• nieznana maksymalna długość przeżycia pod wodą w naturze,
• brak danych o skutkach wielokrotnych zalewów w jednym sezonie,
• niedoszacowany koszt utraty tłuszczu u zanurzonych królowych,
• różnice między gatunkami trzmieli – jedne mogą radzić sobie lepiej niż inne.

Co to może oznaczać dla innych owadów zapylających

Trzmiele to tylko jedna grupa z całej masy zapylaczy, które zimę spędzają pod ziemią – dotyczy to choćby wielu gatunków dzikich pszczół. Skoro królowe trzmieli potrafią korzystać z tlenu w wodzie, część innych gatunków też może mieć podobne, ukryte zdolności. Do tej pory nikt nie zakładał, że lądowe owady oddechowo „dogadają się” ze środowiskiem wodnym na tyle dobrze, by przetrwać całe dni bez dostępu do powietrza atmosferycznego.

Badacze planują sprawdzić, jak wyglądają rezerwy tłuszczowe królowych przed i po pobycie pod wodą. Dzięki temu da się lepiej oszacować, czy taka strategia w praktyce pomaga gatunkowi, czy jest tylko awaryjnym wyjściem, za które trzmiel płaci dużą cenę na wiosnę.

Co z tego wynika dla człowieka i przyrody

Dla przeciętnego ogrodnika czy działkowca informacja o trzmielach, które tygodniami potrafią tkwić pod wodą, może brzmieć jak ciekawostka. W praktyce to wskazówka, że ekosystemy są bardziej elastyczne, niż sądzimy, ale też mocniej zależne od stabilności warunków. Jeśli zimowe ulewy staną się normą, nawet tak niezwykłe przystosowanie może okazać się niewystarczające, jeśli zalania będą dłuższe lub częstsze niż to, co trzmiele „znają” z przeszłości ewolucyjnej.

Z perspektywy nauki opisana zdolność trzmieli to też przypomnienie, że niewielkie, pozornie dobrze poznane organizmy wciąż kryją mechanizmy, które mogą inspirować inne dziedziny – od biologii ekstremalnych środowisk po medycynę czy inżynierię materiałową. Tak głębokie spowolnienie metabolizmu i skuteczne wykorzystanie minimalnych ilości tlenu to temat, którym interesują się choćby badacze hipotermii kontrolowanej czy długiej hibernacji organizmów.