Два года назад ученые выяснили, что матки шмелей способны находиться под водой более семи дней. Сейчас они наконец раскрыли, как именно насекомым удается этот невероятный трюк. Секрет выживания кроется в уникальной физиологии. Оказалось, в экстренной ситуации организм активирует сразу три режима защиты: подводное дыхание, бескислородный обмен веществ и резкое замедление всех жизненных процессов. Исследование опубликовали в журнале Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences. Ранее ученые подсчитали пчел и назвали точное число видов на Земле.
Способность выживать в экстремальных условиях оказалась побочным эффектом зимней спячки. Каждую зиму оплодотворенные матки шмелей впадают в диапаузу — состояние глубокого замедленного развития, чтобы переждать холода. Они забираются в уютные норки и буквально замирают. Однако их подземные убежища легко может затопить талыми водами или залить дождем. Вялая и сонная матка просто физически не способна быстро среагировать на потоп. Но природа предусмотрела и этот сценарий.
В лаборатории университета Оттавы (Канада) группа исследователей под руководством Чарльза Дарво провела эксперимент с десятками маток обыкновенного восточного шмеля (Bombus impatiens), которые находились в состоянии зимней спячки. Насекомых погрузили в холодную воду и стали следить за изменениями в их организме.
- Первое, что заметили ученые, — шмели продолжали обмениваться газами с окружающей средой. В воде, где лежали пчелы, постепенно рос уровень углекислого газа и падало содержание кислорода. Это стало прямым доказательством того, что матки поглощают кислород прямо из воды и выделяют в нее углекислый газ.
- Вторым маркером выживания стал биохимический анализ. Когда организм испытывает нехватку кислорода, клетки переключаются на аварийный режим работы — анаэробный метаболизм, при котором энергия добывается без участия кислорода. У подопытных насекомых резко вырос уровень лактата — побочного продукта этого процесса. Организм словно включил второй двигатель, чтобы не дать клеткам умереть от удушья.
В состоянии диапаузы обмен веществ матки и так замедлен более чем на 95%. Под водой же он упал до совершенно невероятных значений. Если до погружения спящая пчела выделяла около 15 микролитров углекислого газа в час на грамм веса, то после восьми дней под водой этот показатель снизился до 2,35 микролитра. Это примерно в шесть раз меньше обычного уровня покоя.
По сути, матка впала в еще более глубокую спячку внутри самой спячки, сведя потребность в энергии к абсолютному минимуму. Такая комбинация методов — извлечение кислорода из воды и колоссальная экономия ресурсов — позволяет ей продержаться до лучших времен. Также мы писали, как пчелы переживают зиму.
Впрочем, у ученых остались вопросы. Они до сих пор точно не знают, каким именно органом шмели дышат под водой. Есть гипотеза, что насекомые используют тончайший слой воздуха, который удерживается на теле насекомого благодаря микроскопическим волоскам. Этот воздушный пузырь может действовать как жабры: кислород из воды поступает в него, а углекислый газ выходит обратно в воду. Но подтвердить эту теорию экспериментально пока не удалось.
Исследователи планируют продолжить работу. Они хотят выяснить, как долго шмели могут оставаться в воде без вреда для здоровья и как быстро восстанавливаются после такого стресса.
Шмели «заряжают» друг друга хорошим настроением, выяснили биологи
Переворот в улье: ученые выяснили, почему пчелы свергают матку
Читайте «Мою Планету» в Telegram