Królowe trzmieli zaskoczyły naukowców. Tydzień pod wodą i nadal żyją

Zaskakują nawet biologów.

Nowe badania pokazują, że zimujące królowe trzmieli potrafią przetrwać wiele dni całkowicie zanurzone w wodzie. Zamiast się topić, wchodzą w skrajnie oszczędny tryb funkcjonowania i dosłownie „wyciągają” tlen z otoczenia.

Laboratoryjna wpadka, która zmieniła patrzenie na trzmiele

Wszystko zaczęło się od awarii zwykłej lodówki laboratoryjnej. Podczas przygotowywania próbek zimujących królowych trzmieli sprzęt puścił wodę, a pojemniki z owadami zostały zalane na całą noc. Rano w wodzie unosiły się cztery królowe – zanurzone ponad 12 godzin.

Badaczka spodziewała się, że zobaczy martwe owady. Ku jej zdumieniu wszystkie królowe były żywe i w dobrej formie. Zamiast uznać to za przypadek, zespół postanowił sprawdzić, jak daleko sięga ta odporność.

Do dalszych testów użyto 143 zimujących królowych, które zanurzono w zimnej wodzie na wiele dni. Wyniki okazały się jeszcze bardziej zaskakujące:

• po 7 dniach ciągłego przebywania pod wodą wciąż żyło 81% królowych,
• część osobników wytrzymała pełne 8 dni,
• co więcej, przeżywalność grupy trzymanej pod wodą była wyższa niż u królowych pozostawionych w tym samym czasie na powietrzu.

Badane królowe trzmieli w stanie zimowego uśpienia potrafią przetrwać do ośmiu dni zanurzone w wodzie, oddychając dzięki tlenowi rozpuszczonemu w otoczeniu.

To zupełnie zmienia obraz tych owadów. Trzmiele kojarzą się z ciężkimi ciałami i gęstym futerkiem, które nie mają nic wspólnego z wodnym trybem życia. A jednak ich biologia skrywa rozwiązania przypominające strategie znane z organizmów wodnych.

Jak trzmiel przeżywa pod wodą bez skrzeli?

Zespół naukowców postanowił zbadać, co dokładnie dzieje się z królowymi, gdy trafiają pod wodę. Mierzono zużycie tlenu oraz wydzielanie dwutlenku węgla, żeby sprawdzić, czy owady po prostu „wstrzymują oddech”, czy naprawdę korzystają z tlenu z otoczenia.

Wyniki pokazały jasno: królowe wciąż prowadzą wymianę gazową. Nie polegają na jednej sztuczce, ale na trzech współdziałających mechanizmach.

Oddychanie przez pancerzyk

Po pierwsze, ważną rolę odgrywa okrywający ciało pancerzyk. Jego struktura pozwala na powolne przenikanie tlenu rozpuszczonego w wodzie wprost do tkanek owada. To proces pasywny, ale przy bardzo niskim poziomie aktywności wystarcza, by utrzymać minimalne funkcje życiowe.

Mikroskopijna „skafandra” z pęcherzyków

Drugim elementem są charakterystyczne włoski pokrywające ciało trzmiela. Zwykle kojarzą się z ochroną przed chłodem, lecz w wodzie tworzą coś w rodzaju fizycznej skrzeli.

Między włoskami zatrzymuje się cienka warstwa powietrza. Na granicy woda–gaz tlen z otoczenia przechodzi do tej mikroskopijnej pelliczki powietrza, a następnie trafia do układu oddechowego owada przez przetchlinki.

Gęste owłosienie królowej zamienia się w rodzaj „płaszcza z powietrza”, który działa jak miniaturowy bufor tlenowy.

Metabolizm zwolniony sześciokrotnie

Najważniejszy jest jednak trzeci mechanizm: drastyczne spowolnienie metabolizmu. W stanie zimowego uśpienia organizm królowej pracuje na najniższych możliwych obrotach. Gdy owad leży w chłodzie na powietrzu, produkuje średnio 14,4 mikrolitra dwutlenku węgla na godzinę na gram masy ciała.

Po zanurzeniu ten wskaźnik spada do około 2,35 mikrolitra. To niemal sześciokrotne ograniczenie aktywności organizmu. Skoro spada zapotrzebowanie na tlen, wystarczy już bardzo skromny dopływ gazu uzyskany przez pancerzyk i cienką warstwę powietrza między włoskami.

Bez takiego spowolnienia procesów życiowych trzmiele udusiłyby się w wodzie w ciągu kilku godzin. Zimowe uśpienie działa więc jak tarcza chroniąca przed nieprzewidzianymi warunkami środowiskowymi.

Co ma do tego zmiana klimatu?

Trzmiele zimują w ziemi od późnej jesieni do wczesnej wiosny. Królowa zakopuje się pojedynczo w glebie i tkwi tam nieruchomo w głębokim odrętwieniu. W normalnych warunkach taka kryjówka chroni przed mrozem i drapieżnikami.

Coraz częstsze zimowe ulewy zaczynają jednak zmieniać tę sytuację. Gdy gleba nasiąka wodą, podziemne komory z królowymi mogą się całkowicie wypełniać. Jeszcze kilkanaście lat temu takie zalania zdarzały się sporadycznie. Teraz, przy intensywnych opadach związanych z ocieplaniem klimatu, problem nasila się w wielu regionach Europy i Ameryki Północnej.

Zdolność trzmieli do przetrwania wielu dni w zalanych kryjówkach może decydować o tym, czy populacje poradzą sobie z coraz gwałtowniejszymi zjawiskami pogodowymi.

Dla całych ekosystemów ma to ogromne znaczenie. Trzmiele należą do kluczowych zapylaczy roślin uprawnych i dzikich. Jeśli zimujące królowe masowo ginęłyby w zalanych gniazdach, wiosną w krajobrazie pojawiałoby się znacznie mniej owadów zdolnych założyć nowe kolonie. Mniejsze liczby trzmieli to niższa efektywność zapylania, co może odbić się i na plonach, i na bioróżnorodności.

Granice wytrzymałości wciąż niejasne

Choć seria doświadczeń pokazała, że tydzień pod wodą nie jest dla królowych wyrokiem, naukowcy wciąż nie wiedzą, gdzie leży górna granica odporności. Osiem dni użytych w testach wynikało z projektu badania, a nie z pewności, że dalej owady już nie przeżyją.

Pojawia się kilka otwartych pytań:

• Jak długo królowa jest w stanie utrzymać tak skrajnie niski metabolizm pod wodą?
• Czy przetrwa kilka zalewań z rzędu w trakcie jednej zimy, jeśli poziom wody w glebie będzie się wahał?
• Jak mocno takie przebywanie w wodzie uszczupla zapasy tłuszczu potrzebne na start kolonii wiosną?

Zimująca królowa czerpie energię z odłożonych w ciele rezerw tłuszczowych. To z nich finansuje metabolizm przez wiele miesięcy bez jedzenia. Długie okresy zanurzenia mogą przyspieszać zużycie tych zapasów. Owady wprawdzie przeżyją zimę, lecz na wiosnę mogą być zbyt wyczerpane, by założyć silne gniazdo i wychować pierwsze robotnice.

Co oznacza to dla innych owadów zapylających?

Trzmiele nie są jedynymi owadami, które spędzają zimę w ziemi. W podobnych warunkach przeczekuje chłody wiele gatunków dzikich pszczół i innych zapylaczy. Jeżeli królowe trzmieli przystosowały się do okresowego „życia” w zalanej glebie, możliwe, że część tych gatunków także skrywa podobne rozwiązania.

Badacze sugerują, że warto przyjrzeć się innym owadom, które zimują w gruncie. Nie wiadomo, czy ich pancerzyki i owłosienie tworzą równie skuteczną barierę powietrzną, ani czy ich metabolizm potrafi aż tak się spowalniać. Informacje z takich analiz mogą pomóc przewidzieć, które gatunki są najbardziej narażone na coraz częstsze podtopienia.

Dlaczego ta wiedza interesuje nie tylko biologów

Informacje o niezwykłej odporności trzmieli mogą przydać się w bardzo praktyczny sposób. Rolnicy i ogrodnicy coraz częściej obserwują przesunięte sezony, długie jesienne deszcze i łagodniejsze, ale mokre zimy. Jeśli wiemy, że królowe trzmieli potrafią przetrwać zalane gleby, łatwiej ocenić, kiedy ingerencja człowieka faktycznie jest potrzebna.

Warto na przykład unikać głębokiej orki czy przekopywania ogrodów późną jesienią i wczesną wiosną. Taki zabieg może niszczyć zimowe kryjówki królowych, niezależnie od tego, czy gleba jest sucha czy mokra. Z kolei pozostawienie fragmentów nieuprawianych, luźnych skrawków ziemi daje trzmielom więcej potencjalnych schronień, z których część nie ulegnie podtopieniu.

Ciekawe są też wnioski dla samej biologii organizmów. Trzy różne mechanizmy – od fizyki pancerzyka, przez warstwę powietrza, po radykalne spowolnienie metabolizmu – łączą się w jedną, bardzo skuteczną strategię ratunkową. Takie zestawienie rozwiązań inspiruje badania nad odpornością na niedotlenienie u innych zwierząt, a w dalszej perspektywie może podsuwać pomysły dla medycyny, na przykład przy ochronie tkanek podczas niedokrwienia.

Choć trzmiele pozostaną owadami lądowymi, ich niezwykła kondycja w wodzie pokazuje, jak elastyczne potrafią być organizmy uznawane za „zwyczajne”. A każda nowa informacja o tych zapylaczach pomaga lepiej zrozumieć, jak wspierać je w krajobrazie zmieniającym się szybciej, niż kiedykolwiek wcześniej.