При попадании в организм полулетальной дозы имидаклоприда, пестицида из класса неоникотиноидов, на 30 процентов больше шмелей выживает, если им до этого дать сахарный сироп с гидрогелевыми частицами. Энтеросорбент не только увеличивает выживаемость шмелей, но и помогает им сохранять аппетит и двигательную активность, считают авторы исследования, опубликованного в Nature Sustainability.
Большинство дикорастущих и сельскохозяйственных растений в мире опыляется насекомыми-опылителями, благополучию которых угрожает изменение климата, неустойчивое землепользование и применение пестицидов. В умеренных и северных широтах главная роль в опылении отводится шмелям, организм которых хорошо адаптирован к холоду. Уже сейчас в Европе отмечается локальное вымирание четверти их видов, а через 40 лет исчезновение будет угрожать двум третям.
Ученые под руководством Джулии Казерто (Julia Caserto) из Корнелльского университета исследовали, как применение энтеросорбентов может помочь пчелам защититься от действия неоникотиноидов — популярного класса пестицидов. Они синтезировали гидрогель из метакриловой кислоты, этиленгликольдиметакрилата и азоинициатора, а затем провели успешные эксперименты по адсорбции пестицида имидаклоприда на частицах этого гидрогеля диаметром около пяти микрометров в буферных растворах с pH 4,8 и 6,2. Такие значения соответствуют pH в зобе и вентрикулюсе пчел, то есть по сути в их желудке и средней кишке.
В качестве модельного вида авторы выбрали Bombus impatiens — наиболее распространенного на востоке Северной Америки шмеля. На этих шмелях провели лабораторные эксперименты: их кормили обычным сахарным сиропом и сиропом, в который были добавлены частицы гидрогеля, а затем подвергали воздействию имидаклоприда через зараженную пыльцу. Гидрогелевые частицы были помечены флуоресцентным красителем, чтобы позднее их распределение в желудочно-кишечном тракте пчел можно было отследить с помощью флуоресцентной микроскопии. После употребления зараженной пыльцы у пчел оценивали выживаемость и двигательную активность.
При поглощении полулетальной дозы имидаклоприда (четыре части на миллион в пыльце) в группе, потреблявшей сироп с гидрогелевыми частицами, смогло выжить на 30 процентов больше шмелей, чем в контрольной. Такие концентрации пестицидов далеки от реальных полевых, и ученые проверили эффективность энтеросорбента также при действии подострых или сублетальных эффектов, которые проявлялись при попадании в организм шмеля 5 и 10 нанограмм имидаклоприда. Оказалось, что уже при концентрации в пять нанограмм пестицид подавляет аппетит, локомоторную активность и частоту взмахов крыльев у шмелей на 11-15 процентов. Гидрогелевые частицы улучшали все эти показатели — число шмелей, проявляющих активность, увеличилось на 44 и 14 процентов для доз 5 и 10 нанограмм соответственно.
Флуоресцентная микроскопия подтвердила, что гидрогелевые частицы проходят через желудочно-кишечный тракт шмелей, сохраняя свою морфологию, и по пути эффективно сорбируют имидаклоприд. Авторы отметили, что применение энтеросорбентов может оказаться перспективным способом защиты здоровья насекомых-опылителей, который позволит не отказываться от защиты урожая с помощью пестицидов.
Гидрогелевые шарики защищают шмелей от токсического воздействия пестицидов, а деревянными шариками они играют. Особи земляных шмелей катают такие шарики без какой-либо награды для себя, и такое поведение, обнаруженное два года назад зоологами из Финляндии и Великобритании, стало одним из первых свидетельств игры у насекомых.