Szokujący „supermoc” trzmieli: królowe potrafią przeżyć tydzień pod wodą

Nowe badania nad trzmielami wywracają do góry nogami to, co wiemy o granicach wytrzymałości owadów lądowych zimujących w glebie.

Naukowcy badający zimujące królowe trzmieli zauważyli coś, co na pierwszy rzut oka wydawało się niemożliwe: te pozornie delikatne owady potrafią spędzić nawet tydzień całkowicie zanurzone w wodzie i nadal żyć. To zaskakujące odkrycie może zmienić nasze spojrzenie na to, jak zapylacze radzą sobie z coraz częstszymi podtopieniami i ulewami związanymi ze zmianą klimatu.

Jak trzmiele zimują i dlaczego w ogóle trafiają pod wodę

Trzmiele większość zimy spędzają samotnie, zakopane kilka–kilkanaście centymetrów pod ziemią. W listopadzie królowe znajdują sobie niewielkie komory w glebie, wchodzą w głęboki stan odrętwienia i praktycznie przestają się ruszać aż do marca.

W teorii to bezpieczna kryjówka przed mrozem i drapieżnikami. W praktyce coraz częściej pojawia się inny problem: intensywne opady. Gdy zimą i wczesną wiosną ziemia nasiąka wodą, podziemne kryjówki zaczynają się wypełniać. Królowe, które miały przetrwać spokojny okres spoczynku, nagle lądują w miniaturowych basenach bez drogi ucieczki.

Badania pokazują, że królowe trzmieli uwięzione w zalanej komorze nie toną po kilku minutach ani nawet godzinach, lecz mogą funkcjonować pod wodą przez wiele dni.

Do niedawna biologowie zakładali, że w takiej sytuacji owady szybko giną. Trzmiele nie mają przecież skrzeli ani żadnych oczywistych struktur przystosowanych do życia w wodzie. Seria eksperymentów laboratoryjnych ujawniła jednak, że ich możliwości są dużo większe, niż ktokolwiek przypuszczał.

Awaria lodówki, cztery królowe i przypadek, który zmienił tok badań

Cała historia zaczęła się od laboratoryjnej wpadki. Podczas badań prowadzonych na uniwersytecie w Kanadzie w 2020 roku zepsuta lodówka zalała próbki zimujących królowych trzmieli. Rano badaczka znalazła cztery osobniki, które spędziły w wodzie ponad 12 godzin. Spodziewała się, że wszystkie będą martwe. Stało się odwrotnie – każda z nich żyła.

Ten nieoczekiwany wynik zachęcił zespół do przygotowania kontrolowanego eksperymentu. Naukowcy zanurzyli w zimnej wodzie 143 królowe i sprawdzali ich stan przez kolejne dni. Rezultaty zaskoczyły nawet doświadczonych entomologów.

• Po 7 dniach stałego zanurzenia przy życiu pozostawało 81% królowych.
• Niektóre przeżyły pełne 8 dni pod wodą.
• Co ciekawe, w tym samym czasie część królowych trzymanych „na sucho” w kontrolnych warunkach radziła sobie gorzej.

Oznacza to, że pobyt w wodzie wcale nie był dla nich automatycznym wyrokiem. Wręcz przeciwnie – w określonych warunkach taki stan może się okazać mniej zabójczy niż przebywanie w suchym, ale nieidealnym otoczeniu.

Jak trzmiel oddycha pod wodą?

Aby zrozumieć, co się dzieje w organizmach owadów, zespół badawczy zaczął mierzyć ilość pobieranego tlenu i wydychanego dwutlenku węgla u królowych zanurzonych w wodzie. Wyniki jednoznacznie pokazały, że nie chodzi o „wstrzymywanie oddechu”. Trzmiele w tym stanie nadal prowadzą wymianę gazową.

Oddychanie przez pancerzyk

Pierwszy mechanizm opiera się na samej budowie ciała owada. Zewnętrzna warstwa pancerzyka, czyli kutikula, przepuszcza niewielkie ilości gazów. Tlen rozpuszczony w wodzie może przenikać bezpośrednio do tkanek. To proces pasywny, wolny, ale w warunkach mocno obniżonego metabolizmu wystarczający, by utrzymać podstawowe funkcje życiowe.

Mikroskopijna „sztuczna skrzela” z powietrza

Drugie rozwiązanie to tzw. skrzela fizyczne. Ciało trzmiela pokrywają włoski, które zatrzymują wokół siebie bardzo cienką warstewkę powietrza. Pod wodą tworzy się w ten sposób miniaturowa otulina gazowa przylegająca do pancerzyka.

W tej otulinie dochodzi do wymiany: tlen z otaczającej wody przechodzi do warstwy powietrza, a stamtąd przedostaje się do otworów oddechowych owada, czyli przetchlinek. Dwutlenek węgla trafia w przeciwnym kierunku – z ciała trzmiela do warstwy powietrza, a potem do wody.

Dzięki cienkiej „bańce” powietrza na powierzchni ciała trzmiel tworzy sobie mikroskopijny aparat oddechowy, działający pasywnie przez wiele dni.

Drastyczne spowolnienie metabolizmu

Klucz tkwi jednak w trzecim elemencie. Królowe w stanie hibernacji obniżają tempo przemiany materii do poziomu, który trudno porównać z jakąkolwiek codzienną aktywnością owada. Z pomiarów wynika, że w chłodnym powietrzu (około 3 stopnie Celsjusza) królowa produkuje średnio 14,4 mikrolitra dwutlenku węgla na godzinę na gram masy ciała. Gdy badacze zanurzyli ją pod wodą, wartość spadła do około 2,35 mikrolitra.

To mniej więcej sześciokrotne obniżenie wydatków energetycznych. Dzięki temu zapotrzebowanie na tlen jest tak małe, że pasywne przenikanie gazów przez kutikulę i warstwę powietrza na włoskach staje się wystarczające. Bez tak silnego „wyciszenia” organizmu żadna z opisanych wcześniej dróg wymiany gazowej nie dałaby szans na przeżycie tygodniowego zanurzenia.

Co to oznacza w epoce gwałtownych ulew i powodzi?

Zmiana klimatu sprawia, że zimowe i wiosenne opady coraz częściej przybierają formę intensywnych ulew. W wielu regionach Europy czy Ameryki Północnej gleba zamienia się okresowo w nasiąkniętą gąbkę. Dla królowych trzmieli, które spędzają zimę w podziemnych komorach, to ogromne wyzwanie.

Umiejętność wielodniowego przebywania pod wodą działa w takim scenariuszu jak ubezpieczenie. Zamiast ginąć przy pierwszym dłuższym zalaniu, część królowych może przeczekać niesprzyjający okres i wyjść na powierzchnię, gdy poziom wody spadnie. To zwiększa szanse całych populacji na przetrwanie w coraz bardziej kapryśnej pogodzie.

Niewiadome: jak długo naprawdę wytrzymuje królowa trzmieli?

Eksperymenty z ośmiodniowym zanurzeniem pokazują tylko dolną granicę możliwości, a nie absolutny limit. Naukowcy nie wiedzą jeszcze, czy królowe mogłyby przeżyć dłużej w nieco innych warunkach, np. przy innym natlenieniu wody czy temperaturze.

Otwarte pozostaje też pytanie o powtarzalne zalania. W naturze komora może zostać zalana, wyschnąć, a potem znów wypełnić się wodą kilka razy w trakcie zimy. Nie ma jeszcze danych, czy ten cykl „pod wodą – w powietrzu – pod wodą” organizm zniesie bez trwałych uszkodzeń.

Kolejny wątek dotyczy kosztu energetycznego. Królowe przed zimą gromadzą w ciele zapasy tłuszczu, które muszą wystarczyć na kilka miesięcy hibernacji i na wiosenny start nowej kolonii. Dłuższa lub wielokrotna kąpiel pod wodą może przyspieszać zużycie rezerw, a przez to obniżać liczbę jaj, które samica złoży po przebudzeniu.

Jeśli zalania zimowych kryjówek będą się powtarzać częściej, trzmiele mogą przeżyć samą zimę, ale mieć mniej energii na budowę silnych kolonii na wiosnę.

Czy inne owady też mają ukryte zdolności „wodne”?

Wielu zapylaczy – dzikich pszczół, trzmielców czy innych gatunków – spędza zimę w glebie albo w jej bezpośrednim sąsiedztwie. Część z nich może korzystać z podobnych mechanizmów jak trzmiele, tylko nikt ich jeszcze nie zbadał. Informacje z obecnych eksperymentów dają punkt wyjścia do nowych analiz, obejmujących kolejne grupy owadów lądowych.

Jeśli okaże się, że zdolność do czerpania tlenu z wody jest wśród nich szerzej rozpowszechniona, zmieni się sposób, w jaki oceniamy wpływ powodzi i podtopień na ekosystemy. Będzie można lepiej przewidywać, które gatunki poradzą sobie z gwałtownymi zmianami pogody, a które szczególnie potrzebują wsparcia ze strony człowieka.

Co z tego wynika dla człowieka i dla ogrodów

Trzmiele należą do najważniejszych zapylaczy roślin uprawnych i dzikich. Zapewniają zapylenie pomidorów, malin, borówek, wielu gatunków łąkowych. Im stabilniejsze kolonie po zimie, tym lepsze plony i bogatsza bioróżnorodność w okolicy.

W praktyce każdy, kto ma ogród, działkę czy nawet większy balkon, może im ułatwić zadanie. Warto ograniczać przekopywanie całej powierzchni ziemi zimą i wczesną wiosną. Zostawienie fragmentów nieprzekopanej, lekko zarośniętej gleby daje królowym szansę na spokojną hibernację, bez dodatkowych zakłóceń ze strony człowieka.

Przy planowaniu małej retencji, oczek wodnych czy rowów odwadniających dobrze też pamiętać, że gwałtowne, sztuczne spuszczanie wody może lokalnie zmieniać poziom wilgotności gleby. Mniejsze wahania oznaczają mniejsze ryzyko, że zimowe kryjówki trzmieli nagle znajdą się pod powierzchnią wody na dłużej, niż ich rezerwy energii są w stanie wytrzymać.

Umiejętność oddychania pod wodą przez wiele dni brzmi jak trik z komiksu o superbohaterach, a jednak jest realną strategią przetrwania owada, od którego zależy część naszego jedzenia. Lepsze zrozumienie tej strategii pomaga projektować krajobraz rolniczy i miejski tak, by nie tylko nie szkodził zapylaczom, ale wykorzystywał ich niezwykłe możliwości w warunkach gwałtownie zmieniającego się klimatu.