Dzikie pszczoły stanowią niezmiernie istotną część naszego środowiska, choć wiedza na temat ich ekologii oraz ewolucji jest ograniczona. Dzisiaj wiele ich gatunków zagrożonych jest wyginięciem, dlatego też zrozumienie wzajemnych interakcji pomiędzy pszczołami a roślinami jest niezbędne do tego, aby skuteczniej je ochronić. O tym, co odegrało kluczową rolę w ich ewolucji i jak nasza wiedza na te temat może im pomóc, pisze dr Michał Filipiak z Wydziału Biologii UJ.

Pszczoły, ewoluując od mięsożernych przodków, musiały opracować strategie dostosowania się do ograniczeń wynikających z roślinnej diety, w której nektar dostarcza energii i jest bogaty w cukry, a pyłek kwiatowy jest źródłem niezbędnych składników pokarmowych, zbliżonym pod względem wartości odżywczych do pokarmów zwierzęcych. Zarówno nektar, jak i pyłek mają jedną wspólną cechę charakterystyczną dla pokarmów roślinnych - wysoki stosunek potasu do sodu (K:Na). Taka proporcja może prowadzić do niedorozwoju, problemów zdrowotnych, a nawet śmierci pszczół. Dlatego właśnie stosunek K:Na w pożywieniu był i ciągle jest istotny dla przodków pszczół i dla ponad dwudziestu tysięcy gatunków pszczół żyjących dzisiaj na Ziemi.

Stężenie sodu w tkankach i produktach roślinnych jest niskie. Jednak dla owadów roślinożernych, takich jak pszczoły, sód jest kluczowym składnikiem odżywczym. Z kolei potas (K) odgrywa istotną rolę dla roślin i jest obecny w wysokich stężeniach w ich tkankach i produktach. Natomiast dla konsumentów roślin zbyt wysokie stężenie K w diecie może powodować problemy zdrowotne, a nawet prowadzić do śmierci. Stąd wynika, że równowaga między stężeniami K i Na w pokarmie odgrywa kluczową rolę w ich zdrowiu i kondycji.

Przejście pszczół z diety mięsożernej na roślinożerną miało wpływ na ich fizjologię, ekologię, strategie gniazdowania i zachowanie. Stosunek K:Na może być regulowany przez organizmy zarówno na poziomie fizjologicznym, jak i behawioralnym, na przykład poprzez picie wody o odpowiednio niskim stosunku K:Na z kałuż lub basenów, spożywanie potu, łez oraz innych wydalin i wydzielin zwierzęcych, a także poprzez picie płynów rozkładającej się padliny. Te mechanizmy wpływają na funkcjonowanie pszczół, a także kształtują interakcje między roślinami, a pszczołami. Jednak przede wszystkim wpływają na niezwykle ważny proces regulujący funkcjonowanie środowiska przyrodniczego, czyli obieg  składników odżywczych w sieciach pokarmowych.

Rośliny mają ograniczony dostęp do składników mineralnych w glebie. To ograniczenie może wpływać na rozwój cech związanych z interakcjami roślin z pszczołami. Na przykład rośliny inwestują pewne zasoby mineralne z gleby w produkcję pyłku i nektaru, które są zbierane i spożywane przez pszczoły, podczas gdy inne zasoby są alokowane do innych części roślin, takich jak liście i łodygi, które mogą być zjadane przez roślinożerców, na przykład motyle, ćmy lub chrząszcze. Inwestycja konkretnych pierwiastków w konkretne tkanki i organy rośliny zależy od ich interakcji z innymi organizmami. Rośliny potencjalnie mogą inwestować zgromadzony Na do określonych organów, tkanek lub produktów, aby przyciągać lub odstraszać roślinożerców.

Nektar jest stosunkowo tani w produkcji, ponieważ składa się głównie z wody i węglowodanów. Natomiast pyłek jest kosztowny do wytworzenia, ponieważ komórki tworzące pyłek zawierają cały zestaw około 25 pierwiastków chemicznych, które są niezbędne dla życia wszystkich organizmów. Rośliny muszą pozyskiwać te pierwiastki z gleby, a niektóre z nich mogą być dostępne w ograniczonych ilościach. W związku z tym funkcjonowanie roślin i ich interakcje z pszczołami są kształtowane przez dylemat ewolucyjny i związane z nim kompromisy: czy inwestować pozyskane pierwiastki w produkcję pyłku czy wykorzystać je do innych ważnych procesów życiowych. Jednak inwestycja Na jest mniej kosztowna dla roślin. Na jest stosunkowo powszechny w środowisku, a rośliny (w przeciwieństwie do zwierząt) nie potrzebują go w wysokich stężeniach.

Pytanie, czy rośliny regulują stosunek K:Na w pyłku i nektarze, aby przyciągnąć pszczoły i inne zapylacze, jest nadal otwarte. Odpowiedź na nie pozwoli lepiej zrozumieć biologiczne mechanizmy, które leżą u podstaw relacji między pszczołami, a roślinami żywicielskimi. Ta wiedza jest również ważna dla skutecznej ochrony dzikich pszczół. Przyszłe badania powinny skupić się na analizie wpływu proporcji K:Na na ekologię i ewolucję pszczół, co pozwoli nam lepiej zrozumieć ich podstawowe potrzeby i relacje ze środowiskiem, które nie zawsze te potrzeby spełnia.

Dr Michał Filipiak
Instytut Nauk o Środowisku
Wydział Biologii UJ

--------

Zuzanna M. Filipiak, Jeff Ollerton, Michał Filipiak (2023), Uncovering the significance of the ratio of food K:Na in bee ecology and evolution, Ecology: https://doi.org/10.1002/ecy.4110

Praca została sfinansowana w ramach wspólnego konkursu BiodivERsA 2018-2019 w ramach programu BiodivERsA3 ERA-Net COFUND we współpracy z Narodowym Centrum Nauki (grant nr 2019/31/Z/NZ8/04030).

--------

Grafika we wstępie: CC-BY-SA-3.0
Grafika w tekście: https://doi.org/10.1002/ecy.4110