Пометив отдельных шмелей микрочипами, биологи получили беспрецедентно подробные сведения о повседневной жизни колонии шмелей (Bombus impatiens). Команда обнаружила, что, хотя большинство пчел собирают как пыльцу, так и нектар в течение всей своей жизни, отдельные рабочие, как правило, специализируются на одном из двух в течение любого дня, посвящая более 90 процентов своих вылетов за кормом либо пыльце, либо нектару.. Наблюдения также показали, что отдельные рабочие шмели сильно различаются по своей кормовой активности.
Как и их одомашненные родственники, медоносные пчелы, шмели играют важную роль в качестве опылителей, тем самым помогая в сельском хозяйстве и производстве фруктов. Но, несмотря на экологические услуги, которые они оказывают, многие аспекты их биологии до сих пор остаются загадкой. Оснастив каждого шмеля радиочастотной идентификацией или RFID-меткой, аналогичной тем, которые используются для защиты товаров от магазинных краж, исследователи смогли постоянно следить за ними и регистрировать данные автоматически, вместо того, чтобы полагаться на ограниченное человеческое наблюдение. в определенное время.
«То, как обычно проводятся эти исследования, требует, чтобы человек-наблюдатель сидел перед входом в улей и делал записи в течение всего дня, а никто не хочет этого делать», - говорит Эйвери Рассел, ведущий автор исследования. Рассел - докторант в области энтомологии и насекомых в лаборатории Дэниела Папая, профессора кафедры экологии и эволюционной биологии Аризонского университета.«С чипами RFID мы можем отслеживать каждую поездку по сбору нектара и пыльцы, совершенную на протяжении всей жизни каждого работника и часть продолжительности жизни колонии».
После спаривания королева шмелей зарывается в землю и зимует. Следующей весной она появляется и заводит улей, который длится до осени. Типичная колония шмелей вырастает примерно до 75 рабочих, из которых от 40 до 50 выходят на цветы в поисках нектара и пыльцы. После фазы роста колония производит неоплодотворенные яйца, из которых вылупляются самцы. Затем шмели-самцы расходятся в поисках других неспаренных маток, чтобы начать цикл заново.
«Каждая отдельная пчела живет от двух недель до месяца, - говорит Рассел, - и хотя они ведут себя как универсалы на протяжении всей жизни, наше исследование показало, что они, как правило, специализируются на одном источнике пищи в течение жизни». в течение дня сбора пищи."
Исследователи были удивлены, обнаружив огромную разницу в эффективности: самые активные собиратели совершали в 40 раз больше походов в день, чем наименее активные работники.
"Интересно, что когда мы изучали морфологию между очень активными собирателями и рабочими, которые едва покидают улей, мы обнаружили, что пчелы с более чувствительными антеннами собирают больше пищи", - сказал Рассел.
Похожие вариации наблюдались у медоносных пчел и других эусоциальных видов, у которых одни рабочие гораздо более активны, чем другие, но никто не наблюдал такой крайности из-за ограниченности человеческого наблюдения.
«Если вы наблюдаете за пчелой всего час или около того, вы не можете сказать, что она будет делать в течение нескольких дней или в течение всей своей жизни», - говорит Рассел. «Мы пока не знаем, почему, но, возможно, рабочие, которые добывают корм меньше, делают это потому, что они не так искусны в добывании пищи, как другие, и делают себя более полезными, делая больше вокруг улья».
Чтобы отслеживать поведение пчел, команда приклеивает крошечные RFID-метки к спинам пчел. Каждая метка весит всего от 2 до 3 процентов от веса пчелы. Y-образная трубка соединяет улей с двумя аренами, одна из которых предлагает пыльцу, а другая - нектар. Когда пчела покидает улей в поисках корма, она может пойти в камеру для пыльцы или камеру для нектара. Два считывателя RFID, установленные у входа, отслеживают входящих и выходящих пчел и помогают исследователям собирать множество данных.
«Эта установка дает нам информацию о направленности», - объясняет Рассел. «Уходит ли собиратель или возвращается с кормления? Мы также получаем представление о том, идет ли пчела из одной камеры в другую, или она совершает повторные поездки только в одну камеру, и мы узнаем, как долго длились эти поездки».
Поскольку команду особенно интересовала последовательность походов за пищей в течение дня, потребовалась тяжелая работа, чтобы разобраться во всех данных. Для этого Рассел заручился помощью Сары Моррисон, докторанта Лунной и планетарной лаборатории UA, изучающей орбитальную динамику и эволюцию солнечных систем.
«Каждый считыватель RFID выдает только временные метки и идентификатор пчелы, поэтому, если вы хотите знать, что делают пчелы, вам нужно проанализировать всю эту информацию и превратить ее в то, что мы можем понять», Рассел говорит. «Например, сколько поездок собиратель совершает в день».
Хотя известно, что медоносные пчелы очень постоянны и склонны придерживаться одного вида растений и часто одного типа вознаграждения в течение дня, явление, известное как цветочная последовательность, считалось, что шмели более универсальны. Настоящее исследование стало несколько неожиданным, поскольку команда Рассела обнаружила, что пчелы, как правило, совершают целые серии вылетов в поисках одной и той же награды в определенный день..
«Одним из возможных объяснений является то, что поиск пыльцы и нектара требует очень разных поведенческих режимов, поэтому для них имеет смысл сосредоточиться на одном за раз», - говорит он. «Кроме того, во многих случаях пыльца и нектар не доступны от одного и того же вида растений."
Исследователи до сих пор не знают, почему пчелы переключаются между поиском нектара и пыльцы.
«Возможно, они получают сигналы от выводка, - говорит Рассел, - в том смысле, что они производят феромоны, которые говорят: «Нам нужно больше того или другого».
Шмели, которые специализируются на какой-либо задаче либо в течение своей жизни, либо в течение дня кормления, оказались не более активными, чем их универсальные сверстники. Они также не оказались более крупными и способными собирателями, что поднимает вопрос о том, почему они специализируются в первую очередь.
«Одной из причин, по которой пчелы могут специализироваться, может быть своего рода ограничение памяти», - говорит Рассел. «Вместо того, чтобы переключаться между множеством различных цветочных узоров и конструкций, может быть более эффективным просто придерживаться одного в течение всего дня сбора пищи».
Что касается более домашних особей, которые, как выяснилось, добывают корм гораздо меньше, чем их более предприимчивые коллеги, Рассел говорит, что это может отражать экономику распределения навыков.
"Тем, кто менее хорош в добыче пищи, вероятно, вообще не следует заниматься поиском пищи, - объясняет он, - поскольку для этого нужно много учиться тому, как распознавать цветок и собирать нектар. Собиратели оттачивают свои навыки". их навыки на протяжении десятков, если не сотен посещений, пока они не поймут, как эффективно открыть губы цветка львиного зева, например. награждение цветами."