Królowe trzmieli mają zaskakującą zdolność: tydzień pod wodą i żyją

Samica trzmiela potrafi przespać zimę pod ziemią, uwięziona w zalanej komorze, i… wciąż wyjść z tego cało.

Najnowsze badania pokazują, że królowe trzmieli w stanie zimowego odrętwienia potrafią przeżyć nawet tydzień w pełnym zanurzeniu, oddychając tlenem rozpuszczonym w wodzie. To zmienia nasze wyobrażenie o granicach wytrzymałości tych owadów i ich szansach w czasach coraz częstszych zimowych podtopień.

Przeciekająca lodówka, cztery „utopione” królowe i wielkie zaskoczenie

Cała historia zaczęła się od banalnej awarii sprzętu w laboratorium uniwersytetu w Guelph w Kanadzie. Badaczka przygotowywała próbki zimujących królowych trzmieli, przechowywanych w probówkach w chłodziarce. W nocy lodówka zaczęła przeciekać, zalewając pojemniki z owadami.

Rano woda całkowicie wypełniała probówki, a cztery królowe unosiły się w niej od ponad 12 godzin. Wszystko wskazywało na to, że nie żyją. Tymczasem po wyjęciu okazało się, że są w pełni żywe. Ten nieplanowany „eksperyment” stał się punktem wyjścia do serii dokładnych testów.

Przeczytaj również: Trener psów wyjaśnia sygnały dystansujące, dlaczego psy nie zawsze lubią głaskanie

Zespół postanowił sprawdzić, jak daleko sięga ta odporność. Do badań wykorzystano 143 królowe trzmieli w stanie hibernacji, zanurzając je w zimnej wodzie na kontrolowany czas. Wynik wprawił naukowców w osłupienie: po siedmiu dniach nieprzerwanego przebywania pod wodą przy życiu pozostawało 81 procent samic. Część przeżyła osiem dni pełnego zanurzenia.

Trzmiele w zimowym odrętwieniu radziły sobie w wodzie lepiej niż ich koleżanki trzymane w tym samym czasie na powietrzu.

Co ważne, w tym samym okresie przeżywalność grupy kontrolnej, która nie miała kontaktu z wodą, była niższa niż u owadów zanurzonych. Badacze zaczęli więc przyglądać się temu, co właściwie dzieje się z organizmem królowej, gdy jej podziemna norka zostaje zalana.

Przeczytaj również: Dlaczego kot wypuszczany sam na dwór żyje krócej? Weterynarze ostrzegają

Jak trzmiel może oddychać pod wodą bez skrzeli?

Zimę królowa spędza samotnie, głęboko w ziemi, zwykle od późnej jesieni do wczesnej wiosny. Wybiera dołek lub drobną szczelinę, w której zakopuje się i przechodzi w głębokie odrętwienie: nie je, nie lata, niemal się nie porusza. W tym czasie jej przeżycie zależy od zapasów tłuszczu i stabilnych warunków w kryjówce.

Problem w tym, że coraz częstsze intensywne opady powodują, że gleba zimą bywa długo przesycona wodą. Podziemne komory, w których tkwią królowe, potrafią całkowicie się wypełnić. Jeszcze niedawno większość osób zakładała, że owad lądowy w takiej sytuacji po prostu się dusi.

Przeczytaj również: Dlaczego wiosna zamienia spokojnego kota w ulicznego wojownika

Pomiary gazów oddechowych pokazały coś zupełnie innego. W trakcie doświadczeń badacze monitorowali zużycie tlenu oraz wytwarzanie dwutlenku węgla przez zanurzone królowe. Wyniki jednoznacznie wskazały, że w wodzie wciąż dochodzi do wymiany gazowej, a trzmiele nie polegają wyłącznie na powietrzu zamkniętym w ciele.

Trzy filary „podwodnego” przetrwania trzmieli

Naukowcy wskazują na trzy współdziałające mechanizmy, które razem dają królowym tę niezwykłą odporność na zalanie:

• Pasuje przepływ tlenu przez oskórek – cienka, chitynowa „skóra” owada nie stanowi pełnej bariery dla tlenu rozpuszczonego w wodzie. Cząsteczki przenikają do tkanek powoli, ale stale.
• Fizyczna „skrzele” z powietrza uwięzionego w futerku – gęste włoski na ciele trzmiela zatrzymują cieniutką warstewkę powietrza tuż przy powierzchni ciała. Na granicy woda–gaz tlen z wody przechodzi do tej mikroskopijnej poduszki powietrznej, a stamtąd przez przetchlinki do wnętrza owada.
• Drastyczne spowolnienie metabolizmu – w stanie hibernacji organizm królowej ogranicza zużycie energii do absolutnego minimum, zmniejszając zapotrzebowanie na tlen.

Ten ostatni element robi największe wrażenie w liczbach. Przy temperaturze około 3 stopni Celsjusza, na powietrzu, zimująca królowa wytwarza średnio 14,4 mikrolitra dwutlenku węgla na godzinę i na gram masy ciała. Po całkowitym zanurzeniu produkcja CO₂ spada do około 2,35 mikrolitra w tych samych warunkach.

Metabolizm królowej pod wodą obniża się mniej więcej sześciokrotnie względem i tak już oszczędnego trybu zimowego.

Ten głęboki „tryb oszczędzania energii” sprawia, że minimalne ilości tlenu, przenikające przez oskórek i cienką warstwę powietrza między włoskami, wystarczają do utrzymania funkcji życiowych. Bez takiej redukcji zapotrzebowania na tlen trzmiel udusiłby się w ciągu kilku godzin.

Zmieniający się klimat, powodzie i nie do końca znane granice

Coraz częstsze zimowe roztopy, ulewne deszcze i gwałtowne skoki temperatury sprawiają, że gleba w Europie i Ameryce Północnej przez długie tygodnie pozostaje mokra. Dla zimujących królowych oznacza to większą szansę zalania ich kryjówek, ale także przewagę dla tych osobników, które mają naturalną odporność na takie warunki.

Umiejętność przetrwania kilku dni w zalanej komorze może stanowić ważną kartę przetargową w doborze naturalnym. Kolonie wywodzące się z takich samic będą miały większą szansę na utrzymanie się w regionach dotkniętych częstymi podtopieniami.

Mimo imponujących wyników wiele pytań pozostaje otwartych. Nikt nie wie, czy osiem dni zanurzenia to ostateczna granica, czy tylko limit sprawdzony w ramach przeprowadzonego eksperymentu. Możliwe, że w naturze niektóre samice wytrzymują jeszcze dłużej, choć trudno to zweryfikować w terenie.

Niejasne jest także, w jakim stopniu królowa poradzi sobie z kilkoma powtarzającymi się falami zalania. W realnym krajobrazie zimowym komora trzmiela może być zalewana i osuszać się kilkakrotnie w ciągu kilku tygodni – a każde takie wydarzenie stanowi kolejne obciążenie dla organizmu.

Ukryta cena podziemnego supertriku

Podczas zimy królowa trzmiela żyje wyłącznie z zapasów tłuszczu zgromadzonych jesienią. Te rezerwy muszą wystarczyć nie tylko na przetrwanie mrozu i odrętwienia, ale też na wiosenny start – założenie gniazda, pierwsze jajeczka i opiekę nad młodymi robotnicami, zanim te zaczną pracować.

Długa kąpiel w lodowatej wodzie może sprawić, że organizm zużyje więcej energii, niż wynikałoby to z suchego eksperymentu. Organizm musi m.in. radzić sobie ze stresem, zmianą ciśnienia czy różnicami temperatur, które nie zawsze da się idealnie odtworzyć w laboratorium.

Im wyższy koszt energetyczny przetrwania zalania, tym mniejsza szansa, że samica założy silną kolonię na wiosnę.

Zespół badawczy planuje więc analizę zawartości tłuszczu u królowych przed i po okresie zanurzenia. Taka porównawcza ocena pozwoli oszacować, ile „kosztuje” ten niezwykły tryb przetrwania i czy trzmiele, które spędzą pod wodą kilka dni, nie startują w sezonie z poważnym deficytem energii.

Co ta wiedza znaczy dla innych owadów i dla nas

Trzmiele nie są jedynymi zapylaczami, które zimują pod ziemią. W glebie spędzają chłodne miesiące także niektóre samotne pszczoły, muchówki czy chrząszcze związane z siedliskami łąkowymi i leśnymi. Jeżeli jedna grupa owadów lądowych potrafi tak dobrze funkcjonować w wodzie, całkiem możliwe, że podobne umiejętności ma więcej gatunków.

Dla ekologów i osób zajmujących się ochroną zapylaczy to ważna wskazówka: pewne gatunki mogą być odporniejsze na powodzie, niż do tej pory zakładano, ale ich granice wytrzymałości wciąż są mało znane. Z kolei te, które takiej zdolności nie mają, mogą tracić siedliska w regionach, gdzie zimowe ulewy stają się normą.

W praktyce ta wiedza może wpływać na sposób, w jaki projektuje się przyjazne ogrody i tereny zielone. Warto zadbać o fragmenty gleby, które nie zamieniają się w długotrwałe rozlewiska, oraz pozostawiać naturalne, niezagęszczone miejsca do zakopywania się królowych. Nawet drobne działania, takie jak pozostawienie pasów niekoszonej trawy czy nieprzekopywanie całej działki jesienią, zwiększają szansę, że zimujące samice trafią na bezpieczne miejsce.

Ciekawym kierunkiem jest też inspiracja dla inżynierii biomedycznej czy technologii nurkowych. Strategia połączenia minimalnego poboru tlenu z pasywnym pobieraniem go z otoczenia może podsunąć pomysły na nowe materiały, mikrourządzenia lub systemy wspomagania oddychania, które działają bez skomplikowanej aparatury.

W szerszej perspektywie historia królowej trzmiela, która potrafi tydzień leżeć pod wodą i wciąż mieć siły na start nowej kolonii, przypomina, jak mało wciąż wiemy o odporności dobrze znanych gatunków. To, co z ludzkiego punktu widzenia wygląda jak pewna śmierć, dla niektórych owadów okazuje się zaledwie kolejną zimową przeszkodą do przetrwania.