Шмели могут выживать под водой в течение нескольких дней, не утонув

Фото из открытых источников

Хотя шмели, занимающиеся сбором нектара, иногда тонут, спящие матки могут выживать в затопленных норах, отчасти благодаря замедлению метаболизма. Благодаря нескольким хитростям насекомые могут выживать в затопленных гнездах до недели.

Эколог Сабрина Рондо обнаружила, что пчелиные матки могут жить под водой, не утонув. Работая над своей докторской диссертацией в Университете Гвельфа, она заметила, что из замерзшего холодильника капала конденсат в контейнеры с четырьмя матками, находившимися в состоянии спячки. Вытащив их, она с изумлением обнаружила, что они живы. «Я не могла в это поверить», — говорит Рондо. Теперь она и ее коллеги выяснили, как пчелам это удается — без задержки дыхания.

Результаты, опубликованные сегодня в журнале Proceedings of the Royal Society B, расширяют представление о сверхспособностях шмелей, говорит Кендра Гринли, физиолог из Университета штата Северная Дакота, которая не принимала участия в исследовании. «Они дышат под водой, и это действительно захватывающе и интересно».

Рондо присоединилась к кафедре биологии Оттавского университета в качестве постдока в 2023 году. Вскоре она узнала, что Чарльз Дарво, эволюционный физиолог, как и она, интересуется «диапаузой» — состоянием анабиоза, позволяющим пчелиным маткам пережить зиму. Ранее Дарво измерял метаболическую активность насекомых в этом состоянии, и его заинтриговали исследования Рондо, указывающие на то, что они могут выдерживать несколько дней под водой. Если пчелы задерживают дыхание — закрывая отверстия дыхательных трубок, которые распределяют кислород по их тканям, — Дарво предположил, что кислород закончится всего через несколько часов.

Он предположил, что насекомые замедляют свой метаболизм ещё сильнее, чем во время обычной диапаузы, тем самым снижая потребность в кислороде. Возможно, они также переключаются на анаэробный метаболизм — тип дыхания, используемый в основном микробами, но также и в мышцах животных для кратковременных всплесков активности. Этот тип метаболизма не требует кислорода, но накапливает лактат, опасный побочный продукт.

Дарво, Рондо и Скайелар Рохас изучали 50 шмелей, которых они содержали в состоянии диапаузы в холодильнике. Они доставали их и по очереди помещали в небольшой контейнер, почти доверху заполненный водой. В течение 8 дней они измеряли крошечные количества углекислого газа (CO₂) в воздушном потоке, выходящем из контейнера, который выдыхали погруженные в воду шмели.

По сравнению с пчелами, находящимися в диапаузе и отдыхающими вне воды, пчелы в воде в первый день выдыхали на 75% меньше CO₂ , что указывает на снижение скорости их метаболизма более чем вдвое. «Это действительно существенное снижение», — отмечает Гринли. Скорость метаболизма продолжала постепенно снижаться в течение эксперимента. Это замедление уменьшает количество кислорода, необходимого пчелам. Насекомые также частично перешли на анаэробный метаболизм, о чем свидетельствует 15-кратное увеличение уровня лактата в организме пчел.

Дарво наблюдал, как шмели в его лаборатории постепенно пробуждаются в течение нескольких дней после того, как он вынимал их из наполненных водой пробирок. «Каждый раз я приходил в восторг, — говорит он. — То, насколько хорошо они могут выдерживать такие условия, просто поразительно». Он предполагает, что шмели могут дышать под водой благодаря тонкому слою воздуха, окружающему их тело. Этот слой — известный как физические жабры — используется другими насекомыми для обмена кислорода и CO₂ с окружающей жидкостью.

Повышение температуры, вызванное изменением климата, может ускорить метаболизм пчел во время диапаузы, что, как показывают другие лабораторные исследования, негативно сказывается на их плодовитости. Более теплые зимы, в свою очередь, могут повлиять на продолжительность их выживания в затопленных норах, говорит Рондо. Неизвестно, насколько сильно изменение климата ухудшит ситуацию с затоплением мест обитания пчел, отмечает Дарво. Возможно, некоторые виды выработали адаптации для выживания под водой во время диапаузы, особенно те, которые роют норы в поймах.

«В целом, насекомые — удивительные существа, и они очень устойчивы к стрессовым факторам окружающей среды», — говорит Гринли. Новое исследование — «хороший пример того, на что они способны, о чём мы даже не знаем и чего не ценим».