De humledronninger (Bombus impatiens) kan forbli helt nedsenket i mer enn en uke uten å dø. Det viser en studie publisert i Proceedings of the Royal Society B av biolog Charles-A. Darveau og kolleger ved University of Ottawa. For å forstå dette observerte forskerne nøye hva som skjer i kroppene til disse insektene når de forblir nedsenket under vann, kanskje pga. flom av hulrommene de tok tilflukt i for å tilbringe vinteren. Selv om de tilhører den samme Apidae-familien, bier og humler de har noen vesentlige forskjeller. Humler er større, har en kropp dekket av hår, er mindre aggressive og har et glatt stikk som gjør at de kan stikke flere ganger uten å dø. Studiedataene viser at dronningenes metabolisme det fryser ikke helt, men Det bremser mye. Selv under vann kan de bruke små mengder av oppløst oksygenmens en del av energien produseres gjennom prosesser som ikke krever oksygen. Når de kommer tilbake til luften, derimot, stoffskiftet det starter raskt igjen og i løpet av få dager kommer de fysiologiske verdiene tilbake på samme måte som de opprinnelige. Denne kombinasjonen kan tillate dronningene å overvinne oversvømmelse av jorda om vinteren, en hendelse som kan bli stadig hyppigere med klimaendringer. La oss se hvordan det fungerer.
Fare for oversvømmelse av humle vinterskjul
Humler har en årlig livssyklus. På slutten av sommeren blir fremtidige dronninger født, som etter paring leter etter en plass i jord hvor du skal tilbringe vinteren. Her kommer de inn diapauseen fysiologisk tilstand som ligner på dvalemodus: metabolismen bremses mye og insektet bruker mindre energi. Dronningene overvintrer inn små hulrom i bakkenofte mellom 2 og 17 centimeter dyp, i områder med lite vegetasjon eller dekket av mose og blader. Problemet er at disse krisesentrene de kan oversvømme. Kraftig regn eller snøsmelting kan forekomme fyll jorda med vann og senk insektene helt ned. Å forstå om og hvordan de klarer å overleve disse forholdene var nettopp startspørsmålet for studien.
Under vann bremser stoffskiftet drastisk: eksperimentet
For å studere fenomenet jobbet forskerne med 51 dronninger av Bombus impatiens holdes i laboratoriet under vinterlignende forhold, ved omtrent 4 °C. Insektene ble deretter helt nedsenket i vann i ulike perioder, opp til åtte dager på rad. I løpet av denne tiden overvåket forskere nøkkelvariabler: produksjonen av karbondioksid (CO₂), oksygenforbruk og tilstedeværelsen av molekyler produsert av anaerob metabolisme. Disse parameterne lar oss forstå hvor mye energi en organisme bruker.
Før dykking produserte dronningene i gjennomsnitt 15,4 mikroliter CO2 per time per gram kroppsvekt (µl/h/g). Når de ble nedsenket, falt denne verdien raskt, men forsvant ikke helt. Målingene viste et raskt fall til 3,65 µl/t/g allerede fra første dag, til man nådde 2,35 µl/time/g etter åtte dager. Med andre ord, selv under vann metabolismen fortsatte å fungere, om enn i mye redusert hastighet.
En annen interessant data kommer fraoksygen tilstede i vann. Etter åtte dagers nedsenking ble mengden oppløst oksygen funnet i beholderne som inneholdt en dronning mindre enn 40 % sammenlignet med insektfrie beholdere. Dette tyder på at humlene faktisk var der absorbere oksygen fra vann tgjennom en prosess med begrenset diffusjon av O2 gjennom skjellaget.
For å motstå så lenge uten direkte tilgang til luft, går dronningens organisme inn i en tilstand som kalles metabolsk depresjon. Det betyr at mange fysiologiske funksjoner bremser ned dramatisk: kroppen bruker mindre energi og så krever mindre oksygen. Dette er tilfellet i diapausing humler nedgangen er svært markert. Metabolisme kan resultere over ti ganger lavere sammenlignet med det målt under andre eksperimentelle forhold. Hvis vi sammenligner alle mulige faser av en humles liv, fra aktiv flukt til diapause, kan forskjellen i metabolisme til og med nå ca. 5000 ganger. En så sterk reduksjon i energiforbruket gjør det mye lettere å overleve under ekstreme forhold.
Når oksygen mangler, spiller anaerob metabolisme inn
Under oppholdet under vann kan oksygen bli stadig knappere. Når dette skjer, endrer noen celler sin strategi: i stedet for å produsere energi ved å bruke oksygen, begynner de å utnytte anaerob metabolismedet vil si et sett med reaksjoner som fungerer selv i fravær. Et spor av denne passasjen erøkning i laktatet molekyl som har en tendens til å samle seg når celler bruker denne metabolske banen.
I dronningene observert i studien laktat begynte å øke etter fire dagers nedsenking og holdt seg på høye verdier selv etter åtte dager under vann. Dette antyder at under nedsenking produseres energi med to strategier samtidig: en liten del gjennom å puste i vannet og en del takket være anaerobe prosesser.
Når de kommer tilbake til luften, starter stoffskiftet plutselig på nytt
Når dronningene kommer tilbake til luften deres stoffskifte akselererer plutselig. Den første dagen etter overflaten nådde den gjennomsnittlige CO₂-produksjonen 172,7 µl/h/d, det vil si mer enn ti ganger verdiene som ble observert før nedsenking. Forskerne antyder at dette sannsynligvis er relatert til behovet for eliminere stoffer akkumulert under anaerob metabolisme. I de påfølgende dagene synker faktisk verdiene gradvis. Etter omtrent en uke ble produksjonen av CO2 går tilbake til rundt 10,7 µl/h/g, svært nær det som ble observert før nedsenkingen. Oppførselen følger også den samme trenden: den første dagen beveger dronningene seg lite, den andre begynner de å gjenopprette mobiliteten og fra den tredje dagen kommer de tilbake til reagere normalt på stimuli.
