Пчелиные матки защищаются от пестицидов, передавая их в яйца

Пчелиные матки могут обладать неожиданным способом защиты от пестицидов: передавать загрязнение в свои яйца. Credit: Shutterstock

Рабочие пчелы обычно служат первой линией защиты колонии от загрязнения, отфильтровывая вредные вещества до того, как они распространятся по улью. Но новое исследование показывает, что у пчелиных маток есть и собственная защита.

Когда пчелиные матки со временем подвергаются воздействию пестицидов, некоторые из этих химических веществ могут накапливаться в их организмах, а затем передаваться в яйца. Исследователи называют этот процесс материнской разгрузкой.

Результаты, опубликованные в журнале Current Biology, впервые демонстрируют, насколько далеко может зайти пчелиная матка, чтобы снизить собственную химическую нагрузку. Исследование возглавил Калифорнийский университет в Дэвисе.

«Чтобы защитить себя, пчелиная матка сбрасывает эти химические вещества в свои яйца, чтобы избавиться от них, — сказал Саша Никлиш, старший автор статьи и адъюнкт-профессор кафедры экологической токсикологии. — Никто ранее не показывал этого у медоносных пчел».

Пестициды могут накапливаться внутри улья

Результаты показывают, что пестициды могут продолжать накапливаться в колонии даже после прекращения воздействия, особенно когда рабочие пчелы больше не могут эффективно удалять загрязняющие вещества. Это может иметь последствия для пчеловодов, фермеров и специалистов по комплексной борьбе с вредителями, особенно в периоды активного сбора нектара или расширения колоний.

Исследование проводилось совместно с Ливерморской национальной лабораторией (LLNL) и Службой сельскохозяйственных исследований Министерства сельского хозяйства США (USDA-ARS).

«Когда пестициды накапливаются до такой степени, что у пчелиной матки появляются яйца, настолько перегруженные, что они могут перестать нормально развиваться, может наступить переломный момент, — отметил Никлиш. — Может наблюдаться медленный ползучий эффект накопления химических веществ, который будет способствовать отсроченному коллапсу колонии».

Большинство предыдущих токсикологических исследований медоносных пчел было сосредоточено на рабочих пчелах. В этом исследовании вместо этого прослеживалось, где химические вещества оказывались в колонии, и изучалось их воздействие на матку, ее яичники, яйца и воск. Рабочие пчелы обычно кормят и ухаживают как за матками, так и за развивающимися личинками.

Защита рабочих пчел имеет пределы

Ученые долгое время считали, что рабочие пчелы помогают защищать маток от загрязнения, отфильтровывая вредные вещества из пищи, которую они предоставляют. Новые данные указывают на то, что эта защита может работать лишь до определенного момента, сказала Анджела Энсеррадо-Манрикес, ведущий автор статьи и недавняя выпускница докторантуры Калифорнийского университета в Дэвисе.

«В нашем исследовании пестициды со временем начали накапливаться у маток, что позволяет предположить, что фильтрационная способность рабочих пчел может быть перегружена, — пояснила Энсеррадо-Манрикес. — Когда это происходит, у маток есть собственная защита. Материнская разгрузка позволяет им перекладывать токсическую нагрузку на свои яйца».

Для изучения процесса исследователи создали так называемые «наноколонии» — небольшие экспериментальные системы, предназначенные для воспроизведения ключевых функций внутри улья. Каждая состояла из конического пластикового контейнера с сетчатым дном и содержала одну матку вместе с 60 рабочими пчелами.

Пчелы получали пыльцу, воду и пищу, загрязненные пестицидом метилпаратионом. Пестицид был помечен низкоуровневым радиоактивным маркером, чтобы исследователи могли отслеживать его перемещение.

В первый день рабочие пчелы отфильтровали 95% пестицида и перенесли его в соты. Однако к десятому дню этот показатель упал до 86%.

Отслеживание пестицидов на сверхнизких уровнях

Проект объединил опыт USDA в области биологии медоносных пчел и дизайна экспериментов со специализированными технологиями LLNL. Исследователи использовали биологическую акселераторную масс-спектрометрию (BioAMS) для обнаружения радиоактивных маркеров при чрезвычайно малых концентрациях.

«С помощью BioAMS мы можем отслеживать очень низкие уровни пестицида, — сказал Брюс Бухгольц, ученый LLNL и соавтор статьи. — Использованные нами концентрации пестицидов не были смертельными и соответствовали уровням, наблюдаемым в природе».

Пчелиные матки могут откладывать от 1500 до 2000 яиц каждый день, обеспечивая колонии рабочими пчелами, необходимыми для поддержания функционирования улья. Медоносные пчелы также опыляют около трети мировых продовольственных культур, что делает потери колоний проблемой как для сельскохозяйственной производительности, так и для продовольственной безопасности.

«Матка — единственный член улья, который может откладывать яйца, дающие начало следующему поколению рабочих пчел, — подчеркнул Никлиш. — Она поддерживает жизнь колонии, поэтому понимание того, как пестициды могут влиять на пчелиных маток и их потомство, важно».

Вопросы о долгосрочных последствиях для колонии

Исследователи до сих пор не знают, как долго матки могут продолжать передавать загрязняющие вещества в свои яйца, каковы могут быть долгосрочные последствия для колонии и различается ли этот процесс в зависимости от используемого пестицида. Эти вопросы станут целями будущих исследований.

Джулия Файн и Элиза Литси из USDA-ARS, а также Дэвид Балиу-Родригес, Шон Леонард и Брюс Бухгольц из LLNL внесли свой вклад в исследование.

Исследование поддержали Национальный институт продовольствия и сельского хозяйства USDA и программа Соглашения о нефинансовом сотрудничестве, а также стипендиальная программа PAm-Costco USA и Программа оплаты исследований Национальной лаборатории Калифорнийского университета. Работа в LLNL ведется по контракту с Министерством энергетики США.