Zimowe przeżycia owadów

Wiosną i latem robotnica pszczoły miodnej żyje średnio około miesiąca. Pszczoły, które umarły, są szybko zastępowane przez swoje młodsze siostry, które rozwijają się z jaj składanych w wielkich ilościach przez matkę pszczelą. Jednak kiedy nadchodzi jesień, a potem zima, składanie jaj ustaje. Nowe robotnice nie przychodzą na świat, ale te „jesienne” żyją o wiele dłużej niż ich siostry z pełni sezonu – aż kilka miesięcy. Dzięki temu matka na wiosnę nie budzi się sama, lecz w otoczeniu grupy swoich córek, które pomogą jej w wychowaniu kolejnego pokolenia robotnic. „Pomogą” to zresztą mało powiedziane – zadaniem matki będzie tylko złożenie jaj, one zajmą się resztą.

W sezonie wegetacyjnym pszczoły miodne utrzymują w gnieździe stałą, wysoką temperaturę, która jest potrzebna do prawidłowego rozwoju larw. Zimą ich nie ma, jednak nawet wtedy pszczoły nie przestają tak zupełnie ogrzewać gniazda. Zamiast zapaść w hibernację i pozwolić swoim ciałom osiągnąć temperaturę otoczenia, czego moglibyśmy się spodziewać po przedstawicielach owadów, zbijają się w kłąb zimowy. To żywa kula z robotnic, w środku której ukryta jest królowa. Wewnątrz kłębu jest najcieplej, temperatura może wynosić tu nawet ponad 20 stopni, mimo że na zewnątrz jest mróz. Robotnice co jakiś czas zamieniają się miejscami – te z zewnątrz wchodzą bliżej środka, by móc się ogrzać. Utrzymywanie tak wysokiej temperatury wymaga energii. Dzięki pracowitemu przynoszeniu nektaru i przerabianiu go na miód wiosną i latem, pszczoły przez całą zimę mają pod ręką zapasy, z których mogą podjadać w razie potrzeby.

Hibernacja w czerwcu

Spośród pszczół żyjących w naszym kraju miód wytwarzają, poza pszczołą miodną, tylko trzmiele. Gromadzą one w gnieździe dwa rodzaje zapasów – niezagęszczony nektar, zużywany na bieżąco, oraz właśnie miód, gęstszy i pojawiający się w gnieździe tylko w warunkach obfitości pokarmu, która pozwala odłożyć coś na czarną godzinę. W przeciwieństwie do pszczół miodnych, trzmiele zużywają go jednak jeszcze tego samego roku. Nie mają po co oszczędzać zapasów, gdyż większość członków trzmielej rodziny nie dożywa zimy. Ginie stara królowa, robotnice i trutnie. Przy życiu pozostają tylko młode królowe.

Dla niektórych trzmieli zimowanie może zacząć się już w... czerwcu. Wtedy przychodzą na świat pierwsze królowe i samce (kolejne wychodzą z gniazd aż do późnego lata). Niezależnie od tego, kiedy dana królowa pojawi się na świecie, nie czeka z rozpoczęciem hibernacji na nadejście chłodów. Po załatwieniu swoich spraw (czyli znalezieniu partnera i najedzeniu się), co zajmuje jej kilka dni, powraca po raz ostatni do macierzystego gniazda, bierze łyk miodu na drogę i odlatuje w poszukiwaniu miejsca do hibernacji. Trzmiele mogą gnieździć się pod ziemią w norach gryzoni, na jej powierzchni w kępach traw, pod kamieniami, w budkach dla ptaków, dziuplach i innych miejscach. W wyborze miejsca do zimowania są natomiast o wiele mniej pomysłowe – jest to zawsze samodzielnie wykopana norka, głęboka na kilka, kilkanaście centymetrów. Na jej końcu, w niewielkiej komorze, królowa spędzi ponad pół roku.

Wybór miejsca wykopania hibernakulum jest kluczowy, jeśli chce się przetrwać zimę i obudzić się o odpowiedniej porze. Trzmiele królowe preferują chłodne lokalizacje, ocienione, na północnych stokach lub pod drzewami – tak aby ciepło ziemi nagrzanej promieniami zimowego słońca nie obudziło ich przedwcześnie. To właśnie temperatura jest sygnałem nadejścia wiosny i konieczności wyjścia z ukrycia na świat. Zbytnie wychłodzenie hibernakulum w środku zimy, jeśli samica zakopie się za płytko, może być jednak równie niebezpieczne. Jak wynika z badań zespołu Ellen Keaveny opublikowanych na początku tego roku, trzmiele nie są zbyt odporne na mróz. Jest to nieco zaskakujące, biorąc pod uwagę, że są to pszczoły przystosowane do chłodnego klimatu, żyjące ­nawet za kołem podbiegunowym i w wysokich górach. Najwyraźniej ich strategią jest jednak raczej unikanie niskich temperatur niż ich znoszenie. Co ciekawe, w badaniach Keaveny najlepiej najniższe temperatury znosiły samce trzmieli. Prawdopodobnie ma to związek z faktem, że po opuszczeniu gniazda nigdy już do niego nie wracają, a więc pod koniec lata muszą wytrzymywać chłodne noce, w przeciwieństwie do samic, które spędzają je w ciepłym gnieździe.

W grupie cieplej

Zadrzechnie wychodzą z założenia, że w grupie raźniej – i cieplej. W Polsce występują dwa gatunki tych pszczół: zadrzechnia fioletowa (Xylocopa ­violacea) i czarnoroga (X. valga). Oba są bardzo rzadkie, a ta pierwsza przez pewien czas była nawet uznawana za wymarłą w naszym kraju. Jej ponowne odkrycie na początku XXI w. sprawiło, że „czarna pszczoła”, jak bywa nazywana, należy do owadzich celebrytek. Co jakiś czas doniesienia o jej obserwacji przebijają się do portali internetowych.

Młode zadrzechnie wychodzą z gniazd w lecie, ale na krótko. Na zimę chowają się do nich z powrotem lub wyszukują sobie inne kryjówki, w których przeczekają do wiosny. Zazwyczaj w jednym miejscu zimują samce i samice. ­Madeleine Ostwald z zespołem zadali sobie pytanie, jakie korzyści zadrzechnie odnoszą z tego trzymania się razem w czasie hibernacji. Wybrali na swój model badań inny gatunek z rodzaju, X. sonorina, którego przedstawiciele mogą zimować zarówno w grupach po kilka osobników, jak i pojedynczo. Pomiary temperatury wewnątrz gniazda oraz masy ciała zimujących pszczół pokazały, że osobniki wyznające zasadę „w grupie siła” miały w swoich kryjówkach o prawie 1,5 stopnia cieplej i traciły nieco mniej masy niż indywidualiści – a więc były w lepszej kondycji, gdy kończyła się zima.

Niektórym pszczołom niestraszne są trzaskające mrozy. Murarka ogrodowa jest samotnicą, a więc nie tworzy rodzin tak jak pszczoła miodna czy trzmiele, nie ma u niej królowej, robotnic ani produkcji miodu. Rozwój od złożonego na wiosnę lub wczesnym latem jaja do dorosłej murarki zajmuje około trzech miesięcy. Zdążyłaby więc opuścić gniazdo jeszcze w tym samym roku, podobnie jak to robią zadrzechnie, ale wcale się jej z tym nie spieszy. Będzie zimować w zaciszu gniazda, w bezpiecznym kokonie. Na wiosnę, kiedy temperatura się podniesie, murarka obudzi się z hibernacji, przegryzie najpierw kokon, a później ściankę gniazda, i wyjdzie na świat.

Murarki ogrodowe budują gniazda w różnego rodzaju znalezionych szczelinach – może to być źdźbło trzciny lub pusta w środku łodyga innej rośliny, korytarz wygryziony w drewnie przez larwę chrząszcza, a w przypadku murarek żyjących w sąsiedztwie człowieka – słomiana strzecha starego domu, szczeliny w rozpadającym się murze czy dziurka po gwoździu. Takie gniazda nie zawsze są tak dobrze izolowane od warunków środowiska jak podziemne hibernakula trzmieli, a ponieważ każda pszczoła jest oddzielona od swoich sióstr i braci kokonem i glinianą ścianką, to przytulenie się do rodzeństwa wzorem zadrzechni też nie wchodzi w grę. Młoda murarka musi być przygotowana na doświadczanie temperatur bardzo zbliżonych do tych panujących na zewnątrz. Badania, które w latach 1994-1999 przeprowadzili Miloje Krunić i Ljubiša Stanisavljević na zimujących murarkach ogrodowych i rogatych, pokazały, że zamarzają one dopiero w minus 30 stopniach Celsjusza.

Obniżanie temperatury zamarzania płynów ustrojowych to jeden ze sposobów na przetrwanie mrozu u owadów, które ze względu na swój tryb życia nie mają możliwości się przed nim schować. Wytwarzając substancje obniżające temperaturę zamarzania, takie jak glikol (ten sam, którego używamy jako środka przeciw zamarzaniu w samochodach), owady te mogą przeżyć w niskich temperaturach bez ryzyka uszkodzeń związanych z tworzeniem się kryształków lodu w organizmie. Alternatywną strategią jest wykształcenie odporności na zamarzanie – gatunki stosujące tę strategię mają przystosowania, za sprawą których tworzące się w ich ciele kryształki lodu nie są dla nich zabójcze (zob. ramka).

Zmiana strategii

Zmiany klimatu powodują, że zimy zaczynają stawiać organizmom inne ­wyzwania niż dawniej. Już teraz możemy zaobserwować zmieniające się strategie na przetrwanie tego okresu u niektórych gatunków. W latach 90. w Wielkiej Brytanii zauważono dziwne zjawisko. Jesienią pojawiały się młode królowe trzmiela ziemnego, które jednak nie szykowały się do hibernacji, jak by wypadało o tej porze roku, ale nosiły pyłek – najwyraźniej od razu po wyjściu z macierzystego gniazda postanowiły założyć własne! Te przypuszczenia potwierdziły się, kiedy kilka tygodni później pojawiały się robotnice, które musiały pochodzić z gniazd założonych na jesień. Obecnie aktywne zimą kolonie trzmieli są w Wielkiej Brytanii obserwowane co roku. Można je spotkać przede wszystkim w miastach, gdzie z powodu zjawiska znanego jako „miejska wyspa ciepła” panuje wyższa temperatura niż na okolicznych obszarach. Trzmiele mogą tam też korzystać z kwitnących zimą w parkach i ogrodach ozdobnych roślin, takich jak mahonia. Bumblebee Conservation Trust, stowarzyszenie założone przez brytyjskiego badacza trzmieli Dave’a Goulsona, oraz Bees, ­Wasps and Ants Recording Society, organizacja zrzeszająca miłośników i badaczy pszczół, mrówek oraz innych błonkówek, zbierają obserwacje kolonii aktywnych zimą, aby śledzić rozpowszechnienie tego zjawiska.

Wyższe temperatury, mniej śniegu – może się wydawać, że przynajmniej ten przejaw globalnego ocieplenia powinien być dla zwierząt czymś korzystnym. Nie będą musiały walczyć z mrozem, a skrócenie okresu zimowania da więcej czasu na wychowywanie potomstwa. Jednak w rzeczywistości to, co dla części gatunków jest pozytywną zmianą, dla innych może być zagrożeniem.

Johen Fründ, Sarah Zieger i Teja Tscharntke w opublikowanych w 2013 r. badaniach sprawdzali, jak podwyższone temperatury w zimie wpłyną na przedstawicieli dziewięciu różnych gatunków dzikich samotnych pszczół. Okazało się, że gatunki latające latem, a zimujące w stadium larwalnym dość dobrze poradziły sobie z tym wyzwaniem. Natomiast na gatunki wiosenne, które przed zimą przechodzą kompletny rozwój i zimują w gniazdach jako dorosłe (tak jak murarka ogrodowa), ciepła zima nie miała dobrego wpływu.

Te, które zimowały w cieple, na wiosnę były chudsze od swoich koleżanek z niższych temperatur. Wynika to z faktu, że metabolizm jest pozytywnie skorelowany z temperaturą. Jeśli zimowa hibernacja nie jest bardzo głęboka – a u badanych pszczół wiosennych najwyraźniej nie była – to w czasie cieplejszej zimy pszczoła będzie szybciej zużywać energię, spalając zapasy zgromadzone w ciele tłuszczowym. Przełoży się to na jej gorszy start na wiosnę. Każde załamanie pogody, tak częste przecież o tej porze roku, będzie dla niej większym zagrożeniem, niż gdyby miała zgromadzone solidne zapasy pozwalające przetrwać niekorzystny czas.

Aby znów zobaczyć pszczoły odwiedzające kwiaty, przyjdzie nam poczekać parę miesięcy. Teraz ukrywają się przed naszym wzrokiem pod ziemią, wewnątrz gałązek roślin, w pustych muszlach ślimaków, dziuplach i innych miejscach. Pod tą ciszą i pozornym bezruchem kryje się jednak nieustanna walka o przetrwanie, którą nie wszyscy wygrają. ©

SPOSOBY NA ODTAJANIE

ZAMARZNIĘCIE płynów ustrojowych to stan, który dla większości organizmów oznacza śmierć. Niektóre gatunki są jednak w stanie przeżyć i po odtajaniu powrócić do normalnej aktywności. Czasem zdolności te są ekstremalne – rośliniarka ­Trichiocampus populi czy spokrewniona z muszką owocową Chymomyza ­costata to przykłady owadów potrafiących przeżyć zamrożenie w ciekłym azocie! Mechanizmy leżące u podstaw tych zdolności nie zostały jeszcze w pełni poznane. Wiadomo, że nie ma jednego uniwersalnego sposobu na tolerowanie zamarznięcia – różne gatunki mogą osiągać ten sam cel na nieco inne sposoby.

NIEKTÓRE OWADY zaczynają zamarzać już w dość wysokich temperaturach (np. około 5-8 stopni poniżej zera, jak u nowozelandzkiego szarańczaka Hemideina maori), ale dzieje się to na ich własnych zasadach. Najpierw zamarza u nich płyn znajdujący się w przestrzeniach międzykomórkowych. Dzięki temu wnętrza komórek są chronione przed mechanicznymi uszkodzeniami, których mogłyby doznać pod wpływem rosnących kryształków lodu. Inne gatunki, jak północnoamerykańska rośliniarka Cephus cinctus (na zdjęciu), są w stanie przeżyć również zamarznięcie zawartości komórek. Uważa się, że pomagają im ochronne substancje, które zabezpieczają białka przed uszkodzeniem lub ułatwiają ich naprawę po odtajaniu. Inne substancje stabilizują już powstałe lodowe kryształki, by nie przebudowywały się i nie rosły dalej w komórkach.

PONIEWAŻ w zamarzniętym organizmie część wody jest uwięziona w postaci lodu, owad musi radzić sobie również z fizjologiczną suszą. Zawartość komórek jest bardziej „skoncentrowana”, co może negatywnie wpływać na ich funkcjonowanie. Zaadaptowany do zimna organizm produkuje więc także takie substancje, które chronią go przed skutkami niedoboru wody. © JK