Во время лабораторного эксперимента канадские биологи проявили неосторожность, благодаря чему узнали, что шмели куда менее уязвимы к экстремальным погодным условиям и более выносливы, чем считалось ранее.
В регионах с умеренным климатом живые организмы часто сталкиваются с неблагоприятными для них условиями, которые возникают в определенный промежуток времени (зима или засуха). Чтобы выжить в сложный период, многие животные научились приспосабливаться к сезонным изменениям.
У насекомых одна из наиболее распространенных стратегий выживания в суровый холод — диапауза. Это фаза покоя, когда замедляется обмен веществ, что позволяет насекомому долго оставаться без пищи. Во время этого состояния организмы практически не нуждаются в энергии, они не размножаются и почти не растут, но их жизнедеятельность продолжается, хоть и с гораздо более медленным протеканием обменных процессов.
Например, матки шмелей после спаривания роют небольшие гнезда под землей (на глубине до 15 сантиметров) и уходят туда «в спячку». Диапауза у них может продолжаться от шести до девяти месяцев. Эти матки — единственные особи, которые переживают зиму, в то время как старые матки, рабочие особи и самцы погибают, причем еще осенью. Такая подземная «зимовка» хоть и помогает насекомым спастись от холода, подвергает их воздействию различных стрессовых факторов, например паразитов, плесени, загрязнения почвы и подземных вод.
Чтобы лучше понять, как неблагоприятные климатические условия влияют на живые организмы, способные к диапаузе, группа канадских биологов под руководством Сабрины Рондо (Sabrina Rondeau) из Гуэлфского университета провела эксперимент с матками шмелей Bombus impatiens. Реакция пчелиных маток на внешние стрессоры имеет первостепенное значение, поскольку от выживаемости этих насекомых зависит, появится ли новая колония на свет в будущем. Колонии у шмелей строят матки сразу после выхода из диапаузы.
Во время эксперимента Рондо случайно совершила действие, которое привело к затоплению водой трубки с землей, где находились четыре матки Bombus impatiens в состоянии спячки. Когда же через пару дней ученый поняла, что совершила оплошность, и слила воду, она с удивлением обнаружила, что насекомые выжили.
После этого биологи провели новый эксперимент, чтобы выяснить, могут ли матки шмелей в диапаузе пережить «наводнение». Его результаты опубликованы в журнале Biology Letters.
Исследователи взяли 143 матки, разделили их на группы (в каждой было от 17 до 21 матки), а затем поместили в пробирки, заполненные землей, и убрали в холодильник, чтобы искусственно ввести насекомых в состояние спячки. Потом биологи добавляли в пробирки водопроводную воду и оставляли в таком состоянии на восемь часов, сутки и семь суток, сохраняя при этом условия «зимовки». То есть группы насекомых подвергались различным временным испытаниям водой (кто-то восемь часов, кто-то сутки, кто-то неделю).
Когда же эксперимент завершился, ученые извлекли из воды матки шмелей и перенесли в новые пробирки с грунтом, а после хранили в холодильнике в течение восьми недель. Та группа насекомых, которая подвергалась наиболее продолжительному испытанию (ее оставили в воде на семь дней), показала неожиданные результаты. Из 21 матки выжили 17 — следовательно, выживаемость составила 81 процент.
Авторы новой работы отметили, что такой чрезвычайно высокий уровень выживаемости существенно не отличается от выживаемости маток в реальных условиях, когда во время «спячки» насекомые не подвергаются воздействию воды. Ученые объяснили, почему, по их мнению, это происходит.
«Когда у шмелей снижается скорость метаболизма, им не требуется много кислорода для поддержания жизни, достаточно того уровня, что хранится в их теле, пока они спят», — уточнила Рондо.
Численность шмелей во всем мире сокращается. В 2021 году вышло исследование, авторы которого сравнили современные данные о количестве этих насекомых с данными 1990-х. Ученые пришли к выводу, что за последние 30 лет количество шмелей снизилось примерно на 25 процентов. В своем исследовании Рондо и ее коллеги показали, что шмели могут быть менее уязвимы к экстремальным условиям и оказаться более живучими, чем считалось. Иными словами, обнаруженная у этих насекомых «сверхспособность» дает более позитивный прогноз на их выживаемость.
Отметим, что роль шмелей в нормальном функционировании растительности трудно переоценить. В первую очередь это касается северных зон. В отличие от других опылителей, эти насекомые довольно холодолюбивые благодаря особенностям терморегуляции и густому покрову из волосков на теле. Они могут забираться далеко на север, где вносят важнейший вклад в опыление растений. Например, шмель ледниковый Bombus glacialis встречается даже на Новой Земле и острове Врангеля, где нет других крупных опылителей.