Królowe trzmieli mają zaskakującą moc: tydzień przeżyją pod wodą

Najnowsze badania nad trzmielami pokazują, że królowe tych owadów w trakcie zimowego snu radzą sobie z zalanymi norami w sposób, który bardziej kojarzy się z rybami niż z lądowymi zapylaczami. Ich organizm włącza tryb ekstremalnego oszczędzania energii, a ciało zaczyna wykorzystywać tlen rozpuszczony w wodzie.

Przypadek z cieknącą lodówką zmienił spojrzenie na trzmiele

Cała historia zaczęła się od dość banalnej awarii. Na uniwersytecie w Guelph jedna z badaczek przechowywała w probówkach zimujące królowe trzmieli. Lodówka, w której trzymała próbki, w nocy zaczęła przeciekać i całkowicie zalała pojemniki z owadami.

Rano okazało się, że cztery królowe spędziły w wodzie ponad 12 godzin. Wszystko wskazywało na to, że eksperyment jest stracony – owady powinny się dawno utopić. Ku zdumieniu zespołu wszystkie nadal żyły i wyglądały na zaskakująco dobrze.

Ta nieplanowana sytuacja stała się początkiem serii eksperymentów zaprojektowanych już bardzo świadomie. Badacze postanowili sprawdzić, jak długo królowe są w stanie wytrzymać całkowicie zanurzone w zimnej wodzie, w warunkach zbliżonych do tych, jakie panują w zalanych, zimowych glebach.

Tydzień pod wodą, a wyniki lepsze niż u trzmieli „na sucho”

W kolejnych próbach do wody trafiło 143 królowych trzmieli w stanie hibernacji. Umieszczono je w chłodnym środowisku, z temperaturą rzędu kilku stopni Celsjusza, by odtworzyć naturalne warunki pod ziemią.

Efekt zaskoczył nawet samych badaczy. Po siedmiu dniach ciągłego zanurzenia żyło 81 procent królowych. Część z nich wytrzymała pełne osiem dni bez kontaktu z powietrzem. Co więcej, ich przeżywalność była wyższa niż u grupy kontrolnej, która przez ten sam czas leżała na powietrzu, bez wody.

Trzmiele w głębokim zimowym śnie potrafią czerpać tlen bezpośrednio z wody i funkcjonować tak całymi dniami, co podważa dotychczasowe wyobrażenia o granicach wytrzymałości lądowych owadów.

To odkrycie ma sens, gdy spojrzymy na naturalne środowisko królowych. Od późnej jesieni do wiosny pojedyncze samice zakopują się na kilka, kilkanaście centymetrów w głąb ziemi. Jeśli w trakcie zimy nastąpią długotrwałe ulewy, ich kryjówki łatwo mogą się całkowicie wypełnić wodą.

Jak królowe trzmieli oddychają pod wodą

Badacze nie poprzestali na samym stwierdzeniu, że owady przeżywają. Zmierzyli ilość tlenu pobieranego z otoczenia i ilość dwutlenku węgla, który wydzielają zanurzone królowe. Wyniki wyraźnie wskazują, że to nie bierne „przeczekanie” na jednym wdechu. Owady faktycznie prowadzą wymianę gazową w środowisku wodnym.

Skóra jak naturalny filtr tlenu

Pierwszy element układanki to tak zwana pasywna „oddychanie skórne”. Chitynowy pancerz trzmieli – czyli ich zewnętrzna powłoka – nie jest w pełni szczelny dla gazów. Cienka warstwa tkanek pozwala na powolne przenikanie cząsteczek tlenu z wody do wnętrza ciała.

Proces zachodzi bez żadnej aktywnej pracy owada. Różnica stężeń tlenu po obu stronach powłoki sprawia, że gaz „przesącza się” do organizmu. To bardzo wydajne tylko wtedy, gdy metabolizm jest ekstremalnie spowolniony, tak jak w głębokiej hibernacji.

„Sztuczne skrzela” zrobione z włosków

Drugi mechanizm przypomina działanie mikroskopijnych skrzeli. Gęste owłosienie na ciele trzmiela zatrzymuje przy powierzchni cienką warstwę powietrza. Tworzy się jakby miniaturowa poduszka gazowa przylegająca do skóry.

Na styku tej warstwy powietrza i otaczającej wody dochodzi do wymiany gazów. Tlen z wody przenika do uwięzionego powietrza, a z niego dalej dostaje się do przetchlinek, czyli otworów oddechowych owada. Z kolei dwutlenek węgla uchodzi w przeciwną stronę.

• Woda opływa ciało trzmiela.
• Włoski zatrzymują cieniutką warstwę powietrza.
• Tlen przechodzi z wody do tej „poduszki gazowej”.
• Przetchlinki pobierają tlen z powietrza przy skórze.
• Dwutlenek węgla uwalnia się z powrotem do wody.

Metabolizm zwolniony do granic możliwości

Najbardziej imponująca część całego zjawiska dotyczy tempa przemiany materii. W trakcie zimowego snu organizm królowej ogranicza zużycie energii tak mocno, że normalne wskaźniki metabolizmu przestają mieć sens.

W spoczynku, przy temperaturze około 3 stopni Celsjusza, królowa produkuje średnio 14,4 mikrolitra dwutlenku węgla na godzinę na gram masy ciała. Po pełnym zanurzeniu ten parametr spada do 2,35 mikrolitra. To sześciokrotne zmniejszenie intensywności oddychania komórkowego.

Tak radykalne spowolnienie metabolizmu sprawia, że nawet symboliczne ilości tlenu przechodzące przez skórę i „gazową pelerynę” z włosków zaczynają wystarczać, by utrzymać króla trzmiela przy życiu przez wiele dni.

Bez tak drastycznej redukcji zużycia tlenu owady udusiłyby się w ciągu kilku godzin. Tutaj natomiast organizm przechodzi w tryb absolutnego minimum, gdzie każde tchnienie energii jest oglądane z dwóch stron.

Adaptacja do klimatu, który coraz częściej zalewa zimowe kryjówki

Coraz cieplejsze zimy i intensywne opady deszczu sprawiają, że gleby w Europie i Ameryce Północnej coraz częściej przypominają błotniste gąbki. Dla owadów zimujących pod ziemią oznacza to ryzyko długiego przebywania w zalanych komorach.

Umiejętność przetrwania tygodniowego zalania daje królowym trzmieli wyraźną przewagę. Pojedyncza samica, która przeżyje trudną zimę, na wiosnę zakłada nową kolonię – od niej zależą setki robotnic i efektywna praca całego gniazda w sezonie zapylania.

Niewiadome: jaką cenę płacą królowe za taki supertrik

Naukowcy wciąż nie wiedzą, czy osiem dni pod wodą to absolutna granica możliwości, czy tylko limit sprawdzony w laboratorium. Otwarte pozostaje też pytanie, jak królowe poradzą sobie z wieloma zalaniami w jednym sezonie, co w naturze może się zdarzyć przy powtarzających się roztopach i wezbraniach rzek.

W czasie zimy trzmiele bazują wyłącznie na tłuszczu zgromadzonym w odwłoku. To ich jedyne „paliwo” do utrzymania minimalnych funkcji życiowych aż do pierwszych wiosennych kwiatów. Długie dni w wodzie mogą przyspieszać zużycie tych zapasów, nawet jeśli metabolizm jest drastycznie ograniczony.

Jeśli królowa spali za dużo tłuszczu na samo przeżycie zimy, na wiosnę zabraknie jej energii, by założyć silne gniazdo, co przełoży się na liczbę robotnic i efektywność zapylania roślin.

Zespół badawczy zapowiada dalsze prace nad pomiarem zawartości tłuszczu przed i po zanurzeniu. Dzięki temu będzie można oszacować realny koszt energetyczny tak długiego pobytu w wodzie. Interesujące jest także to, czy wszystkie gatunki trzmieli radzą sobie równie dobrze, czy tylko niektóre z nich rozwinęły taką odporność.

Co to oznacza dla innych owadów i dla naszych upraw

Trzmiele to nie jedyni zapylacze, które spędzają zimę zakopane w ziemi. Podobną strategię ma wiele gatunków dzikich pszczół i innych owadów cennych dla rolnictwa oraz ogrodów. Jeśli część z nich również potrafi wykorzystywać tlen z wody, ich szanse przetrwania coraz bardziej kapryśnych zim rosną.

Dla upraw warzyw i sadów to dobra wiadomość. Stabilne populacje zapylaczy oznaczają pewniejsze plony, zwłaszcza w rejonach, gdzie pogoda często „wariuje” – raz przymrozki, raz ulewne deszcze. Wiedza o tym, jak owady radzą sobie w skrajnych warunkach, może w przyszłości wpływać na sposób, w jaki projektujemy ogrody, przydomowe łąki i nasadzenia w miastach.

Warto przy tym pamiętać, że nawet najbardziej niezwykła odporność nie zastąpi odpowiednich siedlisk. Królowe trzmieli nadal potrzebują miejsc, gdzie mogą bezpiecznie się zakopać jesienią, kwitnących roślin przez cały sezon i ograniczenia chemii w otoczeniu. Ich „wodny supermoc” pomaga przeżyć pojedynczą katastrofalną zimę, ale o ich losie w długiej perspektywie wciąż przesądza to, jak gospodarujemy przestrzenią wokół siebie.

Jeśli w swoim ogrodzie czy na działce chcesz realnie wesprzeć trzmiele, najskuteczniejsze są proste działania: pozostawienie fragmentu nieprzekopanej, luźnej ziemi, wysiew mieszanek kwiatów bogatych w pyłek i nektar oraz rezygnacja z oprysków, gdy rośliny kwitną. Z taką bazą startową nawet najbardziej deszczowa zima będzie dla tych niezwykłych królowych mniejszym problemem.