Диапауза представляет собой состояние, при котором жизненные процессы у насекомых существенно замедляются, позволяя им переносить неблагоприятные условия, например холод. У шмелей в диапаузу на зиму впадают только матки, тогда как остальные особи колонии погибают осенью. В этот период обмен веществ у них практически останавливается, что помогает экономить энергию.
С одной стороны, диапауза делает маток менее заметными для хищников, но с другой — повышает риск гибели при затоплении, например во время таяния снега. Тем не менее исследование Университета Оттавы показало, что матки способны выживать даже при полном погружении в воду благодаря способности дышать в водной среде.
Эксперимент с имитацией зимы
Для проведения опыта исследователи искусственно вводили маток в состояние диапаузы, помещая их в холодную и темную камеру, воспроизводящую зимние условия. После этого насекомых помещали в герметичные контейнеры, полностью заполненные водой. Одну группу держали под водой несколько часов, другую — до восьми суток.
Ученые фиксировали газообмен до погружения, во время него и после, а также измеряли уровень лактата — вещества, которое накапливается при дефиците кислорода.
Особенности дыхания и адаптации
Выяснилось, что даже под водой матки продолжают выделять небольшие количества углекислого газа, что указывает на сохранение дыхательной активности. До погружения уровень выделения CO₂ соответствовал состоянию покоя, однако в воде он резко снижался и оставался стабильным независимо от длительности пребывания.
При этом такого дыхания недостаточно для полного обеспечения организма кислородом. Поэтому матки переходят на анаэробный тип обмена веществ, что и приводит к накоплению лактата.
Восстановление после погружения
После извлечения из воды у насекомых наблюдалось кратковременное усиление выделения углекислого газа. Это связано с восстановительными процессами и выведением накопленного лактата.
Таким образом, исследование показало, что матки шмелей в состоянии диапаузы способны переживать длительное затопление и восстанавливаться после него благодаря сочетанию ограниченного подводного дыхания и анаэробного метаболизма на фоне сильно замедленного обмена веществ.
В дальнейшем ученые планируют более подробно изучить физиологические механизмы, позволяющие шмелиным маткам дышать под водой.
Шмели считаются одними из наиболее эффективных опылителей среди насекомых. В России, во Всероссийском центре карантина растений (ФГБУ «ВНИИКР» Россельхознадзора), действует биолаборатория, где круглый год разводят шмелей вида Bombus terrestris.