Для пчел общение - это все.
Будь то поиск пищи, забота о молодняке, использование собственного тела для выработки тепла или обмахивания гнезда, строительство и ремонт гнезд, пчелиная семья делает почти все как единое целое.
В то время как недавние исследования показали, что воздействие пестицидов может повлиять на поведение в поисках пищи, новое исследование, проведенное Джеймсом Кроллом, показало, что эти эффекты могут быть лишь верхушкой айсберга.
Постдокторский научный сотрудник, работающий в лаборатории Бенджамина де Биворта, адъюнкт-профессора органической и эволюционной биологии Томаса Д. Кэбота, Кралл является ведущим автором исследования, которое показывает воздействие неоникотиноидных пестицидов - наиболее распространенных - используемый класс пестицидов в сельском хозяйстве - оказывает глубокое воздействие на множество социальных моделей поведения.
Используя инновационную роботизированную платформу для наблюдения за поведением пчел, Кралл и соавторы, включая де Биворт и Наоми Пирс, профессора биологии Сиднея А. и Джона Х. Хесселя, показали, что после воздействия пестицида, пчелы тратили меньше времени на выкармливание личинок и были менее социальными, чем другие пчелы. Дополнительные тесты показали, что воздействие ухудшает способность пчел согревать гнездо и строить изолирующие восковые колпачки вокруг колонии. Исследование описано в статье от 9 ноября в журнале Science.
Помимо Кралла, де Биворт и Пирса, исследование было проведено в соавторстве с Каллин Свитцер, доктором философии. '18, Стейси Комбс из Калифорнийского университета в Дэвисе, бывшие научные сотрудники по органической и эволюционной биологии Роберт Л. Оппенгеймер и Маккей Эйстер, а также студентка Гарварда Андреа Браун, '19.
«Эти пестициды впервые стали использоваться примерно в середине 1990-х годов, и в настоящее время они являются наиболее часто используемым классом инсектицидов во всем мире», - сказал Кралл. «Обычно они работают через обработку семян - высокие концентрации дозируются на семена, и одна из причин, по которой фермеры и компании-производители пестицидов любят эти соединения, заключается в том, что они системно поглощаются растениями… так что идея в том, что они обеспечивают устойчивость всего растения. проблема в том, что они также обнаруживаются в пыльце и нектаре, которыми питаются пчелы."
За последнее десятилетие, по словам Кралла, ряд исследований связывают воздействие пестицидов с нарушением кормодобывания, «но были причины подозревать, что это не вся картина».
«Добыча пищи - это только часть того, что делают шмели», - сказал Кралл. «Эти исследования выявили важное влияние этих соединений на то, что происходит за пределами гнезда, но внутри происходит целый мир действительно важных поведений… и это черный ящик, который мы хотели немного приоткрыть."
Для этого Кралл и его коллеги разработали уникальную настольную систему, которая позволяла им отслеживать активность пчел в дюжине колоний одновременно.
«Что мы делаем, так это помещаем черно-белую бирку с упрощенным QR-кодом на спину каждой пчелы», - сказал он. «И есть камера, которая может перемещаться по колониям и автоматически отслеживать поведение каждой пчелы с помощью компьютерного зрения… что позволяет нам заглянуть внутрь гнезда».
Используя систему, Кралл и его коллеги смогли дозировать пестицид для отдельных пчел и наблюдать за изменениями в их поведении - меньшее взаимодействие с товарищами по гнезду и проводя больше времени на периферии колонии - но те эксперименты ограничены несколькими важными способами.
"Один из них физиологический", сказал Кралл. «Несмотря на то, что мы давали пчелам реалистичные дозы пестицида, выпивание дневной порции кофе за пять минут будет отличаться от распределения его в течение дня, поэтому давать одну большую дозу может быть не совсем реалистично. Другой важный момент заключается в том, что пчелиная семья является функциональной единицей. Не имеет смысла лечить отдельных лиц, потому что при этом вы теряете естественную социальную структуру колонии».
С помощью роботизированной системы исследователи могут рассматривать всю колонию как единое целое.
Каждый из 12 блоков системы, по словам Кралла, содержит одну колонию, где пчелы имеют доступ к двум камерам - одна для имитации гнезда, а другая - для кормления.
«Это позволяет нам проводить многократное воздействие на уровне колонии и проводить непрерывный мониторинг», - сказал Кралл. «Мы думаем, что это намного ближе к их естественному поведению, а также позволяет нам автоматизировать отслеживание поведения в нескольких колониях одновременно».
Как и в более ранних исследованиях, сказал Кралл, пчелы, подвергшиеся воздействию, показали изменения в уровне активности и социализации, они проводили больше времени на краю гнезда, но тесты также показали, что результаты были самыми сильными в ночное время.
«У пчел на самом деле очень сильный циркадный ритм», - объяснил Кралл. «Итак, мы обнаружили, что в течение дня не было статистически наблюдаемого эффекта, но ночью мы могли видеть, что они рушились. Мы еще не знаем, нарушают ли (пестициды) циркадную регуляцию генов или это всего лишь некоторая, может быть, физиологическая обратная связь… но она предполагает, что с практической точки зрения, если мы хотим понять или изучить эти соединения, наблюдение за эффектами за одну ночь имеет большое значение».
Дополнительные эксперименты, в которых датчики температуры были помещены внутрь ульев на открытом воздухе, показали, что пестициды оказывают сильное влияние на способность пчел регулировать температуру внутри гнезда.
«Когда температура падает, пчелы запирают крылья и трясут мышцами, чтобы вырабатывать тепло», - сказал Кралл. «Но мы обнаружили, что в контрольных колониях, даже когда температура сильно колебалась, они могли поддерживать температуру в колонии стабильной с точностью до нескольких градусов. Но незащищенные пчелы резко теряют способность регулировать температуру».
В дополнение к нарушению способности пчел напрямую нагревать или охлаждать гнездо, эксперимент также показал, что воздействие пестицидов повлияло на способность пчел построить изолирующий восковой колпак над колонией.
«Почти все наши контрольные колонии построили этот колпачок», - сказал Кралл. «И кажется, что он полностью уничтожен в колониях, подвергшихся воздействию пестицидов, поэтому они теряют способность выполнять эту функциональную реструктуризацию гнезда».
Двигаясь вперед, сказал Кралл, есть некоторые дополнительные вопросы, поднятые исследованием, которые он надеется решить.
«Эта работа, особенно по терморегуляции, поднимает новый ряд вопросов, не только о прямом воздействии пестицидов, но и о том, как эти пестициды ухудшают способность колоний справляться с другими стрессорами», - сказал он.. «Эта работа предполагает, что в особенно экстремальных условиях мы могли бы ожидать, что воздействие пестицидов будет хуже, поэтому она меняет как то, как мы подходим к практическим испытаниям агрохимикатов в целом, так и указывает на конкретные вопросы о том, можем ли мы увидеть более сильные снижается в определенных условиях."
В совокупности, Кралл считает, что результаты указывают на необходимость более жесткого регулирования неоникотиноидов и других пестицидов, которые могут влиять на пчел.
"Я думаю, что мы находимся в точке, когда мы должны быть очень, очень обеспокоены тем, как способы, которыми мы меняем окружающую среду, подрывают и уничтожают популяции насекомых, которые важны не только для функционирования каждого экосистемы… но это очень важно для производства продуктов питания», - сказал он. «Наша продовольственная система со временем становится все более и более зависимой от опылителей - сегодня около трети продовольственных культур зависят от опылителей, и эта цифра только растет. работать на нас, и теперь мы начинаем понимать, что это не данность, поэтому я думаю, что мы должны очень беспокоиться об этом."