Спустя более десяти лет после выявления расстройства коллапса пчелиных семей, явления, характеризующегося повсеместной потерей семей медоносных пчел, ученые все еще работают над решением экологически сложной проблемы, заключающейся в том, как смягчить продолжающиеся потери медоносных пчел и других опылителей. разновидность. Важным подспорьем в этих усилиях являются более эффективные способы отслеживания конкретных воздействий на здоровье пчел. Чтобы удовлетворить эту потребность, группа исследователей из Иллинойса разработала лабораторный метод отслеживания плодовитости маток медоносных пчел.
Соавторы Джулия Файн и Хагай Шпиглер, исследователи с докторской степенью в Университете Иллинойса, работали с другими в лаборатории директора Института геномной биологии Карла Р. Вёзе и профессора энтомологии Суонлунда Джина Робинсона, чтобы создать лабораторная установка, которая имитирует ключевые аспекты среды улья и позволяет обнаруживать откладывание яиц матками медоносных пчел, живущими с небольшими группами рабочих пчел. Получившаяся в результате система, описанная в PLOS ONE, позволила им изучить взаимосвязь между питанием рабочих и плодовитостью матки.
«Идея о том, что питание медоносных пчел влияет на показатели воспроизводства на уровне семьи, была продемонстрирована ранее, но здесь мы рассмотрели старую историю с использованием новых инструментов», - сказал Файн. «Мы смогли получить более четкое представление о том, как питание может повлиять на отношения между рабочими медоносными пчелами и матками и как это может повлиять на яйценоскость маток».
Популяции многих видов опылителей сокращаются в США и во всем мире. Исследования факторов, влияющих на ульи диких и управляемых медоносных пчел, выявили четыре основных фактора, влияющих на здоровье: паразиты, патогены, пестициды и плохое питание. Эти факторы могут влиять друг на друга. Например, паразиты могут распространять болезнетворные микроорганизмы, как это делают блохи на людях, в то время как плохое питание может увеличить вероятность поиска пищи из зараженных источников пищи.
Производство яиц является жизненно важным аспектом функционирования пчелиной семьи. Королевы откладывают яйца, из которых вылупляются тысячи рабочих пчел, поддерживающих колонию, а также самцы и молодые матки, позволяющие колонии размножаться. Но в темных, суетливых интерьерах стандартного улья сложно следить за откладкой яиц или оценивать воздействие факторов окружающей среды.
«Откладка яиц происходит в темноте улья, в котором работают тысячи рабочих, и поэтому ее трудно отследить», - сказал Шпиглер. «Яйцекладка маток никогда не изучалась за пределами колонии; самой большой проблемой было создать маткам правильные условия для непрерывной яйцекладки вне естественных условий."
Чтобы успешно перенести продуктивность маток в лабораторию, исследователи сосредоточились на основах их естественной среды. Они разработали пластиковые соты, напечатанные на 3D-принтере, которые они усовершенствовали, чтобы имитировать то, что царица испытывает в улье, что обеспечило тщательный контроль среды в клетке и отсутствие пестицидов. Они также предоставили каждой королеве небольшую группу рабочих пчел, чтобы кормить и поддерживать королеву; этот элемент стал источником вдохновения для их первых экспериментов с новой системой.
«Королевы медоносных пчел поглощают пищу только в виде железистых выделений, предоставленных им их рабочими опекунами, и известно, что матки не откладывают яйца без поддержки своих рабочих пчел», - сказал Файн. «Чем больше мы работали в этой системе, тем больше становилось очевидным, что самый простой способ повлиять на матку - это сначала повлиять на рабочих пчел, которые о ней заботятся. Как только мы определили эту стратегию, разработка эффективных экспериментов стала проще."
Файн, Шпиглер и их соавторы снабжали каждую группу садковых пчел медом, водой и раствором сахарозы, но варьировали источник жира и белка: некоторых пчел кормили медовой пастой и либо низким, либо большое количество цветочной пыльцы, в то время как других кормили пергой, смесью пыльцы, меда и выделений рабочих медоносных пчел, которые сохраняют и ферментируют пыльцу. Исследователи наблюдали, как на поведение матки, откладывающей яйца, влиял тип рациона, которым кормили рабочих, ухаживающих за ней.
Они обнаружили, что, когда группу рабочих кормили пыльцевой пастой, матка, которую они посещали, скорее всего, увеличивала свою яйцекладку медленнее в лабораторных условиях, чем матка, которую сопровождали рабочие, которых кормили пчелиным хлебом. Эта разница была наиболее заметна при использовании пыльцевой пасты с более низким процентным содержанием, но сохранялась даже у пчел, которых кормили более богатой пыльцевой пастой.
Результаты подтвердили важность питания для продуктивности матки, а также продемонстрировали потенциальную полезность лабораторной установки для исследования других факторов, влияющих на поведение и здоровье матки.
«Эффект питания… был нашим первым успешным применением системы, что дало нам надежду на дальнейшие успехи в будущем», - сказал Шпиглер. «Результаты очень хорошо показывают, как колония медоносных пчел функционирует как единое целое с общей пищеварительной и репродуктивной системами. Рабочие - это те, кто ест пищу, и это влияет на откладывание яиц маткой - суперорганизм в действии!»
«Было интересно увидеть, какие количественные данные мы можем генерировать с помощью этой системы, используя меньше ресурсов по сравнению с исследованиями, в которых используются полноразмерные колонии медоносных пчел», - сказал Файн. «В конце концов, мы надеемся, что эта система может быть адаптирована в качестве инструмента оценки риска для выявления других факторов, которые положительно и отрицательно влияют на воспроизводство медоносных пчел… существует неотложная потребность в лабораторной системе, которую можно использовать для количественной оценки рисков для меда». здоровье и размножение пчелиных маток."
Работа выполнена при поддержке Агентства перспективных оборонных исследований; один соавтор также получил поддержку от LifeFoundry Inc.