Медоносные пчелы в опасности, а также опыляемые ими культуры: ученые считают, что решение кроется в мозге насекомых.
Медоносные пчелы выглядели совершенно здоровыми, жужжа в своем квадратном деревянном улье теплым осенним днем в центральной Пенсильвании.
Элизабет Капальди подозревала иное.
Одетая в защитный белый костюм и шляпу, биолог протянула руку в перчатке, чтобы поймать одно из насекомых в маленькую пробирку, а затем отнесла его в свою лабораторию Университета Бакнелла, чтобы препарировать его мозг.
Ее коллега Дэвид Ровняк позже поместил образец внутренностей пчелы внутрь большого металлического цилиндра и обстрелял его высокочастотными радиоволнами — своего рода технология сканирования, которая выявила количество определенных контрольных химических веществ внутри.
Их цель: определить ранние предупреждающие признаки того, что пчела находится в состоянии стресса, чтобы пчеловоды могли попытаться спасти улей, находящийся под угрозой, пока не стало слишком поздно.
Медоносные пчелы находятся в упадке в течение десятилетий, вызывая головную боль и увеличивая расходы для фермеров, которые зависят от насекомых для опыления своих яблок, миндаля и 130 других фруктовых, ореховых и овощных культур. Эта проблема попала в заголовки газет в 2006 году с появлением загадочного нового явления, называемого нарушением распада колонии, но более масштабный спад в здоровье пчел начался задолго до этого и продолжается по сей день.
Причины включают изменение климата, пестициды и болезни, сказал Капальди, изучающий поведение насекомых и неврологию в гуманитарном университете в Льюисбурге. В неблагоприятные годы сочетание поражений может уничтожить более половины семей пчеловода.
«Медоносные пчелы страдают», — сказала она. «Все эти факторы объединились, чтобы создать стрессовую среду для колоний медоносных пчел по всей стране».
Она и Ровняк, профессор химии из Бакнеллского университета, пять или шесть лет назад поняли, что проблема может поддаваться междисциплинарному решению. Пара объединила усилия с коллегой Мари Пиццорно, экспертом по вирусам, поскольку одним из факторов вымирания насекомых является вирус, деформирующий их крылья.
Они хотят определить индикаторы химического стресса, которые повышаются в мозгу пчелы за несколько месяцев до того, как насекомое проявит какие-либо внешние признаки упадка.
Цилиндрическое устройство, которое Ровняк использует для обнаружения этих веществ, называемое спектрометром, было бы непрактичным для любого пчеловода или фермера. Но как только исследователи определят, какие химические вещества лучше всего предсказывают здоровье пчел, они хотят разработать недорогой тест, который можно было бы использовать в реальном мире.
Двойная стоимость
Каждую весну, как только начинают цвести яблони, посреди ночи на ферму братьев Холлабо подъезжает грузовик с сотней пчелиных ульев.
По словам Элли Холлабо Вранич, помощника управляющего фермой в Биглервилле, к северу от Геттисберга, рабочие установили квадратные контейнеры на площади 150 акров, в которых выращивают более 50 сортов яблок.
«Мы стараемся разложить их, пока еще темно, пока пчелы не проснулись», — сказала она.
Десять лет назад ферма арендовала ульи по 50 долларов за штуку. По ее словам, несколько лет назад цена поднялась до 60 долларов, а прошлой весной она составляла 100 долларов, что в сумме составило 10 000 долларов.
Пчеловоды назвали множество причин увеличения, таких как более высокие затраты на топливо и сбои, связанные с пандемией COVID-19. Но каждый год основным фактором повышения затрат является то, что многие семьи не переживают зиму, а это означает, что пчеловоды должны изо всех сил стараться вырастить новые семьи к началу вегетационного периода.
«Вы не можете просто изготовить пчелу на технологической линии на заводе», — сказал Вранич. «Их нужно разводить и давать время для развития новых ульев».
Опытные пчеловоды, такие как Капальди, ученый из Бакнелла, часто могут определить, когда улей начинает выходить из строя, просто взглянув на него. Возможно, насекомые не накопили долговременных запасов меда, питаясь вместо этого жидким нектаром. Отсутствие выводка — еще один тревожный признак.
Но к тому моменту может быть уже слишком поздно.
Год назад Капальди пришла к выводу, что восемь ее ульев в Бакнелле испытывают стресс, вероятно, из-за того, что осенние астры и золотарники дали меньше нектара, чем обычно. Поэтому всю зиму она дополняла пищу насекомых сахаром.
Тем не менее, только два улья уцелели.
Поиск виновных
По словам Пиццорно, вирусолога из Бакнелла, первые признаки опасности для насекомых появились в 1980-х годах, когда паразитический клещ был завезен из-за границы.
По сравнению с размером медоносной пчелы эти паразиты, называемые Varroa destructor, огромны.
«Это все равно, что иметь на своем теле клеща размером с обеденную тарелку», — сказала она.
Позже ученые обнаружат, что паразиты не только наносят прямой вред, но и передают пчелам вирус, деформирующий их крылья.
По словам Капальди, исследователи также установили, что изменение климата по-разному влияет на пчел. Ранние потепления или необычные дожди могут привести к тому, что цветы распустятся слишком рано и исчезнут к тому времени, когда насекомые ищут нектар.
«Когда колония растет, цветы могут быть недоступны», — сказала она.
По ее словам, некоторые пестициды и другие методы крупномасштабного промышленного сельского хозяйства также могут усилить стресс. Это включает в себя то, как пчел размещают, перевозят на грузовиках с фермы на ферму, где они питаются одним урожаем в течение нескольких дней.
В течение 1990-х годов пчеловоды все чаще сообщали, что некоторые из их семей не пережили зиму. Затем в 2006 году пчеловоды обнаружили, что некоторые семьи умирают необычным образом. Вместо того, чтобы умирать в улье или рядом с ним, пчелы просто исчезали, очевидно, улетая умирать в другое место.
Хотя в последние годы пчеловоды сообщают о меньшем количестве случаев этого расстройства коллапса колонии — отчасти потому, что они разработали более эффективные методы управления, — причины остаются несколько неясными. Капальди винит многие из тех же факторов, которые стоят за общим упадком пчел, начавшимся в конце 1980-х годов.
Контрольные химикаты
Спектрометр из прочного серебра в Бакнелле содержит более мощный магнит, чем те, которые используются в аппаратах МРТ, сказал Ровняк, профессор химии. Чтобы идентифицировать контрольные метаболические химические вещества в мозгу пчелы, он помещает крошечный комок материала в небольшой сосуд в центре устройства, а затем воздействует на него радиоволнами , заставляя различные вещества резонировать таким образом, что их относительное количество может измеряться.
«Каждая молекула звучит по определенному набору узоров, как аккорд», — сказал он.
В одном исследовании он и другие обнаружили, что уровень аминокислоты под названием пролин был повышен в мозге медоносных пчел, инфицированных вирусом деформированного крыла, задолго до того, как у них появились внешние признаки болезни.
С тех пор ученые определили другие фрагменты белка, которые могут быть признаками стресса — возможно, потому, что насекомые меняют свои привычки в еде в ответ на инфекцию — но требуется дополнительная работа.
Как только исследователи из Бакнелла сократят число лучших химических предикторов упадка численности пчел, они надеются разработать недорогой экспресс-тест, который могли бы использовать пчеловоды.
«Если бы мы могли придумать что-то за несколько долларов, это могло бы понравиться», — сказал Ровняк.
Он сравнил этот подход с некоторыми анализами крови у людей, например, с теми, которые могут выявить метаболические признаки диабета 2 типа за годы до начала заболевания. Подобно тому, как люди с преддиабетом могут предотвратить болезнь, изменив свой рацион, пчеловоды могут сделать то же самое для насекомых. Например, кормить их сахаром, но начать раньше, чем Капальди в прошлом году с колониями Бакнелла. Или использовать другие тактики, которые показали себя многообещающими в ограничении синдрома коллапса колонии , такие как обработка от клещей, перемещение ульев или замена другой пчелиной матки.
Между тем, значительная часть семей продолжает разрушаться каждую зиму — 30% в один год, 40% или 50% в следующий, согласно опросам, проведенным некоммерческой организацией Bee Informed Partnership. На данный момент заводчики не отстают от спроса на новые колонии. Но в какой-то момент, может быть, и не будет, сказал Ровняк.
«Просто кажется, что каждые несколько лет это становится все сложнее и сложнее», — сказал он. «И нет никаких признаков того, что это останавливается».
