Насекомые могут оставаться в живых в затопленных гнездах до недели благодаря нескольким хитростям
Эколог Сабрина Рондо (Sabrina Rondeau) случайно обнаружила, что пчелиные матки могут жить под водой и не тонуть. Зимой 2022 года, когда она работала над докторской диссертацией в Университете Гвельфа, она заметила, что из-за запотевшего холодильника конденсат капал в контейнеры с четырьмя пчелиными матками, которые находились в состоянии спячки. Вынув их, она с удивлением обнаружила, что они живы. Теперь она и ее коллеги выяснили, как это делают пчелы — не задерживая дыхание.
Результаты исследования, опубликованные в Proceedings of the Royal Society, расширяют представление о сверхспособностях шмелей.
В 2023 году Рондо начала работать постдоком на биологическом факультете Оттавского университета. Там она познакомилась с физиологом-эволюционистом Чарльзом Дарво (Charles Darveau). Оказалось, что их обоих интересует диапауза — состояние, похожее на анабиоз, в котором шмелиные матки переживают зиму.
Дарво предположил, что если бы пчелы просто перестали дышать, закрыв отверстия дыхательных трубочек, по которым кислород поступает в ткани, то запас кислорода в их организме закончился бы всего за несколько часов. Значит, во время зимовки насекомые, вероятно, еще сильнее замедляют обмен веществ — даже сильнее, чем при обычной диапаузе, — и поэтому им требуется гораздо меньше кислорода.
Возможно, они также частично переходят на анаэробный метаболизм — способ получения энергии без участия кислорода. Обычно он характерен для микробов, но может использоваться и у животных, например в мышцах во время коротких всплесков активности. Однако у такого метаболизма есть недостаток: при нем накапливается лактат — потенциально опасный побочный продукт.
Дарво, Рондо и студентка Скайелар Рохас (Skyelar Rojas) изучили 50 шмелиных маток, которых держали в состоянии диапаузы в холодильнике. Насекомых по одному помещали в небольшой контейнер, почти доверху заполненный водой. В течение восьми дней ученые измеряли количество углекислого газа (CO₂), выделяемого погруженными в воду пчелами.
По сравнению с пчелами, находящимися в диапаузе на воздухе, погруженные в воду насекомые в первый день выделяли на 75% меньше CO₂. Это указывает на то, что скорость их метаболизма снижалась более чем в два раза.
В дальнейшем обмен веществ продолжал постепенно замедляться, что уменьшает потребность пчел в кислороде. Кроме того, насекомые частично переходили на анаэробный метаболизм — способ получения энергии без кислорода. Об этом свидетельствует 15-кратное увеличение концентрации лактата в их организме.
Дарво предполагает, что шмели могут все же получать небольшое количество кислорода даже под водой. Вероятно, им помогает тонкий слой воздуха, удерживающийся на поверхности их тела. Такой воздушный слой, называемый «физической жаброй», используют и другие водные насекомые: через него кислород и углекислый газ могут обмениваться с окружающей водой.
Исследователь наблюдал, как шмели постепенно приходят в себя в течение нескольких дней после того, как их извлекали из пробирок с водой.
Шмели удивляют не только этим — они развивают скорость 22 км/ч и умудряются не перегреться.
