Żerowanie na nieodpowiednich gatunkach roślin może przyczyniać się do spadku liczebności pszczół. Naukowcy z Uniwersytetu Jagiellońskiego w Krakowie oraz Uniwersytetu Przyrodniczego w Lublinie sprawdzili, jak odżywcza jakość pyłku różnych gatunków roślin wpływa na rozwój pszczoły miodnej.

Więcej o nauce?! Dołącz do profilu strony. www NAUKA.uj.edu.pl na Facebooku 

Od wczesnej wiosny do jesieni owady zapylające, takie jak np. pszczoły i trzmiele, mogą korzystać z bogatej stołówki, której specjalnością jest nektar i pyłek, serwowany przez drzewa, krzewy i inne rośliny kwitnące. Nektar daje zapylaczom energię niezbędną do wszelkich aktywności. Pyłek wykorzystywany jest jako materiał budulcowy, z którego potomstwo pyłkożernych owadów formuje własne organizmy.
Aby zbudować zdrową pszczołę, potrzebny jest pokarm wysokiej jakości. I w tym tkwi problem…

Pyłek – męskie komórki rozrodcze roślin. Zbierany przez pszczołę miodną w formie tzw. obnóży pszczelich jest wykorzystywany w dietetyce człowieka jako źródło cennych substancji prozdrowotnych. Pszczoła może przynieść jednorazowo do ula dwa obnóża – kulki o masie około 10 mg każda. Na każdą z kulek składa się kilka milionów ziaren pyłku zebranych z kilkuset kwiatów.

Nektar – wydzielina gruczołów roślinnych, składająca się głównie z rozpuszczalnych w wodzie cukrów. Zwierzęta zapylające żywiąc się nektarem przy okazji brudzą się pyłkiem – męskimi komórkami rozrodczymi rośliny. Następnie, spijając nektar z innych osobników rośliny, przenoszą pyłek na ich żeńskie organy rozrodcze. W ten sposób dochodzi do zapylenia.

Większość larw pszczół, rosnąc i budując własne ciała, żeruje bezpośrednio na pyłku kwiatowym, dostarczonym wcześniej przez samicę-matkę (nie mylić z matką-królową pszczoły miodnej!) do gniazda. Ta większość to tak zwane pszczoły samotne, które nie tworzą kolonii.
W przypadku najbardziej znanej pszczoły miodnej jest inaczej. Żyje ona w kolonii, w której samice-robotnice opiekują się rosnącymi larwami i karmią je przetworzonym pokarmem – mleczkiem pszczelim. Jest ono wydzieliną ślinianek pszczół robotnic i powstaje z tego, co zjadły, a więc z nektaru, pyłku i wody. Nektar dostarcza organizmowi energii, bo jest bogaty w cukry, np. glukozę i fruktozę. Źródłem materiału budulcowego, obecnego w mleczku, jest pyłek kwiatowy i to od niego zależy jakość odżywcza pokarmu produkowanego dla larw.

Projekt: pszczoła

Mleczko pszczele jest złożone z wielu organicznych substancji, takich jak charakterystyczne cukry, tłuszcze, białka, witaminy, aminokwasy czy enzymy. Wszystkie te związki chemiczne są zbudowane z atomów konkretnych pierwiastków, ułożonych w różnej konfiguracji, a więc z węgla, wodoru, tlenu, azotu, fosforu, sodu, potasu, miedzi, cynku i około dwudziestu innych.

Atomy są niezmienne – nie mogą być przetwarzane, zmieniane w inne atomy ani produkowane przez żywe organizmy. To odróżnia je od substancji organicznych. Zmienne substancje organiczne są zbudowane z niezmiennych cegiełek – atomów specyficznych pierwiastków. Jak to się ma do produkcji mleczka pszczelego o wysokiej jakości odżywczej? Cukry – źródło energii – składają się wyłącznie z atomów węgla, wodoru i tlenu. Inne substancje organiczne, konieczne do budowy ciała i utrzymania go w dobrej kondycji, oprócz tych trzech pierwiastków, składają się jeszcze z atomów innych pierwiastków. Muszą one zostać w to ciało wbudowane, przy wykorzystaniu dostępnego źródła – pyłku kwiatowego. Ale czy wszystkie rośliny produkują pyłek bogaty w składniki niezbędne do budowy i prawidłowego rozwoju pszczoły?
Nie. I ma to niebagatelne znaczenie praktyczne.

Ciekawe? Przeczytaj również: Kilka trudnych pytań o pszczoły

Z kwiatka na kwiatek

Pyłek kwiatowy produkowany przez różne gatunki roślin dostarcza atomów rozmaitych pierwiastków w niejednakowych proporcjach. Te proporcje często są dla pszczoły nieodpowiednie. „Naszą pracę oparliśmy na stechiometrii ekologicznej, programie badawczym, zgodnie z którym atomy pierwiastków można traktować jako podstawowe elementy budujące wszystkie organizmy” – wyjaśnia kierownik badań, dr Michał Filipiak z Instytutu Nauko środowisku UJ. „Podczas wzrostu i rozwoju każdy organizm dysponuje jedynie materiałem budulcowym oferowanym przez środowisko, często zawierającym nadmiar kilku pierwiastków, podczas gdy inne występują w niedoborze. Mając to na uwadze, porównaliśmy pierwiastkowy skład ciała pszczoły miodnej ze składem pyłku różnych gatunków roślin. Skład ciała wyznacza popyt rosnącej pszczoły na poszczególne pierwiastki, a skład pyłku to podaż materiału budulcowego, jego dostępność w środowisku. Okazało się, że szczególne zapotrzebowanie ze strony pszczoły miodnej dotyczy siedmiu pierwiastków: sodu, siarki, miedzi, fosforu, potasu, azotu i cynku. Atomy tych pierwiastków często występują w pyłku konkretnej rośliny w zbyt małych ilościach w stosunku do potrzeb rosnącej pszczoły. Istnieją jednak takie rośliny, które produkują pyłek szczególnie bogaty w któryś z tych rzadkich pierwiastków” – kontynuuje krakowski badacz. – Co z tego wynika? Wyobraźmy sobie pyłek dwóch gatunków roślin: A i B. Pyłek A jest bogaty w siarkę, ale ubogi w potas. Pyłek B jest ubogi w siarkę, a bogaty w potas. Pyłek zebrany tylko z jednego gatunku rośliny wpłynąłby negatywnie na rozwój pszczoły z powodu niskiej zawartości ważnego drugiego pierwiastka. Jednak po ich zmieszaniu pszczoła uzyskuje pokarm o odpowiedniej zawartości zarówno siarki, jak i potasu.

Mieszanie pyłku kwiatowego z różnych gatunków roślin, różniących się składem pierwiastkowym, pozwala pszczołom na zbilansowanie diety swoich larw. „Istotne są konkretne gatunki roślin, produkujące pyłek bogaty w konkretne pierwiastki. Dlatego przydatność roślin dla pszczół nie powinna być oceniana, jak do tej pory, na podstawie ilości produkowanego nektaru i pyłku. Należy wziąć pod uwagę jakość pyłku” – dodaje dr Filipiak. Jednogatunkowe plantacje mogą ograniczać rozwój pszczół, nie pozwalając na zbilansowanie ich diety.
Na przykład pyłek słonecznika zawiera wyjątkowo mało fosforu – pierwiastka budującego rybosomy i RNA, a więc maszynerię komórkową odpowiedzialną za syntezę białek w komórkach i wzrost całego organizmu. Dla pszczoły stężenie fosforu w pyłku słonecznika jest zbyt niskie. Owady mające do dyspozycji wyłącznie pyłek pochodzący z tej rośliny rozwijają się gorzej i umierają częściej, niż osobniki mogące, korzystać również z pyłku produkowanego przez inne gatunki roślin. Dlatego ważne jest, aby w pobliżu takich jednogatunkowych plantacji znalazły się gatunki roślin produkujące pyłek wysokiej jakości, na przykład koniczyna. „Wytwarza ona pyłek zawierający odpowiednio wysokie stężenia tych wszystkich pierwiastków, których jest za mało w pyłku oferowanym przez inne rośliny. Jedynie sodu jest w pyłku koniczyny za mało, a to dlatego, że ten pierwiastek występuje w niskich stężeniach we wszystkich tkankach roślinnych. Pszczoły uzupełniają jego braki z wody, najlepiej zanieczyszczonej, takiej jak w kałużach z dużą ilością gnijącej materii, gnojówce albo w basenach. Koniczyna nie jest jedyną rośliną produkującą pyłek pomagający zbilansować dietę pszczoły. W naszym badaniu wykazaliśmy około dwudziestu takich roślin z całego świata. Oprócz różnych gatunków koniczyny są to na przykład eukaliptusy, ale trudno akurat znaleźć eukaliptusy w pobliżu naszych plantacji słonecznika czy rzepaku” – tłumaczy dr Filipiak.

Ciekawe? Czytaj również: Ewolucja i antropocen. Pytania o człowieka

Chemia pyłku kwiatowego

Spadek różnorodności roślin i zanik niektórych gatunków, uważa się za jedną z przyczyn obserwowanego na świecie zmniejszania liczebności i różnorodności owadów zapylaczy. Obecnie próbuje się zahamować wymieranie tych owadów głównie przez ograniczanie stosowania pestycydów oraz poprawiając jakość bazy pokarmowej. Naukowcom z Uniwersytetu Jagiellońskiego oraz Uniwersytety Przyrodniczego w Lublinie udało się ustalić, że bezpośrednią przyczyną tego zjawiska może być brak zbilansowanej diety rosnącej larwy, a przez to ograniczenie rozwoju pyłkożernego zapylacza, skutkujące niedorozwojem lub śmiercią.

Pszczele statystyki

- Szacuje się, że ok. 80% gatunków naturalnie występujących roślin, a także 75% gatunków roślin uprawnych jest zależna bezpośrednio od zapylaczy. Bez zapylenia te gatunki nie będą w stanie wytworzyć nasion i owoców. Przyroda doskonale sobie poradzi, kiedy zapylacze znikną, ale człowiek: nie.
- Globalna wartość ekonomiczna wynikająca z działalności zapylaczy jest szacowana na 153 mln euro rocznie, co według badań stanowiło wartość 9.5% całkowitej produkcji rolnej przeznaczonej do konsumpcji dla ludzi w 2005 roku.
„Dlatego kontynuujemy badania pozwalające na zrozumienie skomplikowanych zależności pomiędzy jakością pyłku, a liczebnością i różnorodnością pyłkożernych owadów zapylających. Obecnie hodujemy pszczoły samotne na pyłku o różnym składzie gatunkowym, zawierającym różne proporcje pierwiastków. Dzięki temu obserwujemy dokładnie rozwój pszczoły na pokarmie zbilansowanym oraz niezbilansowanym w różnym stopniu, ze względu na niedobór jednego lub kilku ważnych pierwiastków. Wyniki tych badań będą znane ciągu najbliższych dwóch – trzech lat. Zastosowanie ich w praktyce przyczyni się do lepszej ochrony pyłkożernych owadów zapylających, a w konsekwencji do ochrony plonów i wspomnianych 153 mln euro rocznie. Ignorowanie żywieniowych potrzeb owadów tak ważnych z punktu widzenia gospodarki jest nierozsądne, a niewiedza na temat ich biologii może w przyszłości odbić się nam wszystkim potężną czkawką” – podsumowuje dr Filipiak.

Ciekawe? Czytaj także: Czy organizmy jednokomórkowe wiodą życie towarzyskie?

----------
Zdjęcie górne: Pszczoły przy wlocie do ula. Jedna z nich prezentuje koszyczek wypełniony pyłkiem, który zostanie zdeponowany we wnętrzu ula (tzw. obnóża pyłkowe). Zdj.: Paweł Dudzik.
Zdjęcie boczne: Praca w pasiece eksperymentalnej Instytutu Nauk o Środowisku UJ. Zdj.: Paweł Dudzik.
----------
Wyniki opisanego projektu badawczego zostały opublikowane w pracy pt.: „Ecological stoichiometry of the honeybee: pollen diversity and adequate species composition are needed to mitigate limitations imposed on the growth and development of bees by pollen quality”, w czasopiśmie PLOS ONE.
----------
Projekt badawczy był finansowany przez Narodowe Centrum Nauki (grant badawczy Preludium 11, DEC-2013/11/N/NZ8/00929) oraz przez Ministerstwo Nauki i Szkolnictwa (źródła: DS/BiNoZ/INoŚ/761/14-16 oraz DS/WBiNoZ/INoŚ/DS 756).

ENGLISH VERSION