Семьи медоносных пчел по всему миру находятся под угрозой из-за множества угроз, включая пестициды, болезни, плохое питание и потерю среды обитания. Недавние исследования показывают, что одна угроза стоит намного выше других: паразитический клещ Varroa destructor, который специализируется на нападении на медоносных пчел.
На протяжении десятилетий исследователи предполагали, что клещи варроа питаются кровью, как и многие их родственники клещи и клещи. Но новое исследование, проведенное Университетом Мэриленда, предполагает, что клещи варроа вместо этого имеют ненасытный аппетит к органу медоносной пчелы, называемому жировым телом, который выполняет многие из тех же жизненно важных функций, которые выполняет печень человека, а также запасает пищу и способствует пчелам. ' иммунные системы.
Исследование, опубликованное в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences 14 января 2019 года, может изменить понимание исследователями основных угроз для медоносных пчел и указать путь к более эффективному лечению клещей в будущем.
"Исследователи пчел часто ссылаются на три Ps: паразиты, пестициды и плохое питание. Многие исследования показали, что варроатоз является самой большой проблемой. Но когда варроа скомпрометирована, колонии также более восприимчивы к двум другим", - сказал он. Выпускник UMD Сэмюэл Рэмси (доктор философии '18, энтомология), ведущий автор статьи. «Теперь, когда мы знаем, что жировое тело является мишенью для варроа, эта связь стала гораздо более очевидной. Потеря жировой ткани снижает способность пчел детоксицировать пестициды и лишает их жизненно важных пищевых запасов. Жировое тело абсолютно необходимо для выживания медоносных пчел.."
Помимо расщепления токсинов и сохранения питательных веществ, жировые тела медоносных пчел производят антиоксиданты и помогают управлять иммунной системой. Жировые органы также играют важную роль в процессе метаморфоза, регулируя время и активность ключевых гормонов. Жировые тела также производят воск, который покрывает части экзоскелета пчел, удерживая воду и защищая от болезней.
По словам Рэмси, предположение о том, что клещи варроа потребляют кровь медоносных пчел (более точно называемую гемолимфой у насекомых), сохраняется с тех пор, как в 1960-х годах была опубликована первая статья по этой теме. Поскольку эта статья была написана на русском языке, по словам Рэмси, многие исследователи предпочитали цитировать первые англоязычные статьи, в которых цитировалось оригинальное исследование.
«Первоначальной работы было достаточно только для того, чтобы показать общий объем еды, съеденной клещом», - добавил Рэмси. «Может быть намного проще цитировать недавнее резюме, а не оригинальную работу. Если бы первая статья была прочитана более широко, многие люди могли бы усомниться в этих предположениях раньше».
Рамси отметил несколько наблюдений, которые заставили его задаться вопросом, питаются ли клещи варроа чем-то другим, кроме гемолимфы. Во-первых, в гемолимфе насекомых очень мало питательных веществ. Чтобы расти и размножаться такими темпами, клещам варроа необходимо потреблять гораздо больше гемолимфы, чем они могли бы получить от одной пчелы.
Во-вторых, экскременты клещей варроа очень сухие - вопреки тому, что можно было бы ожидать от полностью жидкой кровяной диеты. Наконец, ротовой аппарат клещей варроа, по-видимому, приспособлен для переваривания мягких тканей с помощью ферментов, а затем поедания полученной кашицы. Напротив, у кровососущих клещей совсем другой ротовой аппарат, специально приспособленный для прокалывания перепонок и всасывания жидкости.
Первый и самый простой эксперимент, проведенный Рэмси и его сотрудниками, состоял в том, чтобы наблюдать, где на телах пчел клещи варроа имеют тенденцию прикрепляться для кормления. Если бы клещи цеплялись за случайные места, рассуждал Рэмси, это означало бы, что они на самом деле питались гемолимфой, которая равномерно распределена по всему телу. С другой стороны, если бы у них было предпочтительное место на теле, это могло бы дать важный ключ к предпочитаемой ими еде.
«Когда они питаются неполовозрелыми пчелами, клещи будут есть где угодно. Но у взрослых пчел мы обнаружили очень сильное предпочтение нижней части брюшка пчел», - сказал Рэмси. «Более 90 процентов клещей мы обнаружили на взрослых особях, которых кормили там. Как это бывает, жировая ткань тела распространяется по телу неполовозрелых пчел. По мере взросления пчелы ткань мигрирует на нижнюю часть брюшка. игнорировать, но нам нужно больше доказательств."
Рамси и его команда затем напрямую визуализировали места ран, где клещи варроа грызут брюшки пчел. Используя технику, называемую замораживанием, исследователи использовали жидкий азот, чтобы заморозить клещей и их пчел-хозяев, по сути, сделав физический «моментальный снимок» пищевых привычек клещей в действии. Используя мощные сканирующие электронные микроскопы для визуализации мест ран, Рэмси увидел явные доказательства того, что клещи питались жировой тканью тела.
«Изображения дали нам отличный обзор мест ран и того, что делали ротовые органы клещей», - сказал Рэмси.«Мы могли видеть переваренные кусочки жировых клеток тела. Клещи превращали пчел в «пчелиный крем-суп». Организм размером с пчелиное лицо карабкается на орган и поедает его. Это страшная штука. Но мы пока не можем проверить, не потребляется ли и кровь."
Чтобы еще больше укрепить свои позиции, Рэмси и его коллеги кормили пчел одним из двух флуоресцентных красителей: уранином, водорастворимым красителем, который светится желтым, и нильским красным, жирорастворимым красителем, который светится красным. Если клещи потребляли гемолимфу, Рэмси ожидал увидеть ярко-желтое свечение в брюшках клещей после кормления. С другой стороны, если бы они питались толстыми телами, Рэмси предсказал предательское красное свечение.
«Когда мы увидели кишечник первого клеща, он светился ярко-красным, как солнце. Это было убедительным доказательством того, что жировое тело потреблялось», - сказал Рэмси. «Мы говорили об этих клещах, как будто они вампиры, но это не так. Они больше похожи на оборотней. Мы пытались воткнуть в них кол, но оказалось, что нам нужна была серебряная пуля."
Чтобы забить пресловутый последний гвоздь в гроб идеи о том, что клещи питаются гемолимфой, Рэмси провел последний эксперимент. Во-первых, он кропотливо усовершенствовал способность выращивать клещей варроа на искусственном диетическом режиме - непростая задача для паразита, предпочитающего пищу от живого хозяина. Затем он давал им пищу, состоящую из гемолимфы или жировой ткани, с добавлением нескольких смесей этих двух веществ для полноты картины.
Результаты были поразительны: клещи, питавшиеся чистой гемолимфой, голодали, в то время как клещи, питавшиеся жировой тканью, процветали и даже производили яйца.
«Эти результаты могут революционизировать наше понимание вреда, наносимого пчелам клещами», - сказал Деннис ван Энгельсдорп, профессор энтомологии в UMD и соавтор исследования, который также был советником Рэмси.. «Жировые тела выполняют очень много важных функций для пчел. Теперь гораздо логичнее увидеть, как вред, наносимый отдельным пчелам, проявляется так же, как мы уже знаем, что варроатоз наносит ущерб колониям медоносных пчел. Важно отметить, что это также открывает множество новых возможностей для более эффективного лечения и целенаправленных подходов к борьбе с клещами».