Niech Moc będzie z pszczołą

Od czasu do czasu piorun lub uderzenie drzwi samochodu wstrząsa nami, uświadamiając, że jesteśmy elementami globalnego atmosferycznego obwodu elektrycznego; nasz świat to ogromny silnik elektryczny. W spokojny dzień powietrze jest naładowane dodatnio, podczas gdy powierzchnia ziemi i wszelkie obiekty z nią połączone – w tym rośliny – mają ładunek ujemny. Kwiaty mają więc niewielki ładunek ujemny w stosunku do otaczającego je powietrza. Latające owady doświadczają różnych sił fizycznych: gdy pszczoła bzyczy, elektrony są usuwane z jej ciała przez tarcie z powietrzem, tworząc nadwyżkę ładunków dodatnich. Kiedy pszczoła zbliża się do kwiatu, przyciąga ‘ona’* ujemnie naładowane ziarna pyłku. Ziarna przyklejają się do pszczoły, czasami wyskakując z kwiatka jeszcze przed lądowaniem pszczoły. Te siły elektrostatyczne są bardzo pomocne w zapylaniu.

Ryc. 2. Pyłek przywierający do pszczoły © Ragesoss, Wikimedia Commons.

Moc kwiatów osiąga jednak szokujący poziom dla trzmieli ziemnych (Bombus terrestris) i prawdopodobnie także innych trzmieli: potrafią wyczuć słabe pole elektryczne wokół kwiatu. Nikt nie wie dokładnie, jak to robią, ale muszą być zaangażowane włoski mechanoreceptywne. Te specjalne włoski są unerwione u podstawy, dzięki czemu wykrywają bodźce mechaniczne, takie jak ruch powietrza i dźwięki o niskiej częstotliwości. Najwyraźniej pole elektryczne kwiatu porusza mechanoreceptywnymi włoskami zbliżającej się pszczoły, podobnie jak potarty gumowy balon sprawia, że włosy stają dęba. Ten ruch włosków jest przetwarzany przez centralny układ nerwowy pszczoły i dostarcza informacji o kształcie pola elektrycznego. Działa podobnie jak mistyczna aura Uri Gellera, z tą różnicą, że pszczoła nie jest oszustką, a jej moce nie są mistyczne.

Ryc. 3. Robotnica trzmiela ziemnego z transponderem przymocowanym do grzbietu, by ją śledzić za pomocą radaru © Meadows, 2012. PLoS Biol 10(9): e1001391 .

Rys. 4. Włoski zapewniają izolację termiczną, zbierają pyłki i pomagają pszczołom wyczuwać ruch powietrza, dźwięki i elektryczność © Kevin Mackenzie, University of Aberdeen. Attribution 4.0 International (CC BY 4.0) .

Jednak zdolność trzmieli do wykrywania sił elektrycznych może wykraczać poza rozpoznawanie rozmiarów i kształtów kwiatów: mogłyby wykorzystać te informacje, aby zmaksymalizować podróże w poszukiwaniu pożywienia. Gdy trzmiel naładowany dodatnio wyląduje, pole elektryczne kwiatu zmienia się i nie wraca do normy przez około dwie minuty po odlocie trzmiela. Naukowcy uważają, że zmienione pole ostrzega następnego trzmiela, że kwiat jest chwilowo pozbawiony nektaru; to jak wyłączenie neonu „jesteśmy otwarci”. Więc następny trzmiel może równie dobrze polecieć do innego kwiatu z wystarczającym ładunkiem ujemnym i przyzwoitą ilością nektaru.

Pszczoły i inne owady wykrywają światło ultrafioletowe i spolaryzowane oraz wykorzystują pola magnetyczne do nawigacji. Wyczuwanie elektryczności to jeszcze jeden sposób, w jaki ich świat jest odbierany inaczej niż nasz. A związek pszczół z fizyką ma inne ważne implikacje, a niektóre wpływają na nasze zapasy żywności.

W przypadku większości gatunków roślin kwiatowych zapylenie polega na przenoszeniu pyłku z męskich pylników jednego kwiatu na żeńskie znamię drugiego. W przypadku większości tych kwiatów pyłek jest uwalniany przez rozszczepianie się dojrzałych pylników (jest to termin techniczny oznaczający pękanie). Jednak w przypadku około 6% roślin kwitnących na świecie pyłek jest zamknięty w niepękających pylnikach i jest dostępny tylko przez małe otwory – pory lub szczeliny – na ich czubkach. 

Ryc. 5. Po lewej: pręciki składające się z włókien i pylników. André Karwath, Wikimedia Commons. Większość kwiatów uwalnia pyłek przez rozszczepianie pylników wzdłuż linii osłabienia (prawy górny róg); niektóre robią to tylko przez mały otwór lub por (na dole po prawej).

Niekiedy cały kwiat ma układ porowy, tak jak w przypadku pomidora i roślin pokrewnych (Solanum spp.). Pyłek jest ukryty w skupisku zrośniętych pręcików w kształcie stożka i może zostać uwolniony tylko przez pory na czubku. Botanicy mówią, że te kwiaty mają kształt solanoidalny, od nazwy rodzaju rośliny.

Ryc. 6. Kwiaty pomidora © Muffet , Wikimedia Commons.

Pozyskiwanie pyłku ze struktur porowatych nie jest łatwe, ale niektóre pszczoły znają na to sposób. Pszczoła ląduje na jednym z tych kwiatów, gryzie pylnik i owija się wokół niego. Następnie dokonuje szybkich skurczów i rozluźnień mięśni tułowia – tych mięśni, których używa się do latania, ale tutaj skrzydła pozostają nieruchome. Skurcze powodują cykliczne deformacje tułowia, które trwają od ułamków sekundy do kilku sekund: pomyśl o kulturyście, który naprawdę szybko napina mięśnie piersiowe. Ruchy te generują drgania, które są przenoszone na pylniki, powodując, że ziarna pyłku opadają przez pory wierzchołkowe i lądują na ciele pszczoły, przylegając do niego za pomocą sił elektrostatycznych.

Ryc. 7. Pszczoła podczas zapylania wibracyjnego © Bob Peterson , Wikimedia Commons.

Ten manewr generuje wysoki dźwięk, dlatego jest znany jest także jako „zapylanie bzyczące”; lub jako „sonikacja” w raportach technicznych. Fizyk lub inżynier mógłby wskazać, że ten mechanizm nie jest ściśle sonikacją, ponieważ to nie dźwięk porusza i wydobywa pyłek, a wibracje pszczoły na kwiatku. Ale „sonikacja” jest terminem powszechnie przyjętym, więc zachowamy go. Trzmiele ( Bombus spp.), pszczoły stolarskie ( Xylocopa spp.) i niektóre inne pszczoły potrafią zapylać wibracyjnie; pszczoły miodne ( Apis spp.) i większość pszczół miesierkowatych ( Megachile spp.) nie. I najwyraźniej tylko samice znają tę sztuczkę;  nigdy nie zaobserwowano samców zapylających wibracyjnie. Zobacz całą sekwencję wydarzeń tutaj(zapylanie wibracyjne od 0:49) i tutaj .

Rośliny z kwiatami posiadającymi pory są rozrzucone po co najmniej 80 rodzinach okrytozalążkowych, co sugeruje, że zapylanie wibracyjne wielokrotnie ewoluowało niezależnie. Prawdopodobnie pomogła w tym gotowość pszczół do bzyczenia z innych powodów, takich jak ostrzeganie wrogów, zagęszczanie materiałów gniazdowych lub chłodzenie/ogrzewanie ich gniazd poprzez uderzanie skrzydłami.

„Syndrom zapylania wibracyjnego”, nazwa nadana temu związkowi roślin i pszczół, to nie tylko biologiczna ciekawostka. Ma to ogromne znaczenie w przypadku upraw takich jak pomidory, maliny, żurawina, jagody, bakłażany, kiwi i papryczki chili. Rośliny te niekoniecznie potrzebują wibracyjnego zapylenia, aby się rozmnażać, ale produkują więcej i lepsze owoce, jeśli są temu poddane, ponieważ przenosi się więcej pyłku i zapładnia więcej zalążków.

Pod koniec lat osiemdziesiątych belgijskie i holenderskie firmy opracowały techniki hodowli na dużą skalę trzmieli ziemnych, najlepszego zapylacza wibracyjnego. Lokalni producenci pomidorów szklarniowych zaczęli zastępować kosztowne mechaniczne zapylacze skrzynkami zawierającymi ule trzmieli i narodził się globalny, wielomilionowy przemysł. Dziś wszystkie zwykłe pomidory kupione w europejskim supermarkecie są zapylane z pomocą komercyjnie hodowanych trzmieli (które przenoszą też choroby na dzikie pszczoły, ale to już inna historia).

Ryc. 8. Komercyjny ul trzmieli używany w szklarniach © Elaine Evans, The Sustainable Agriculture Research and Education.

Możemy widzieć zapylanie jako harmonijny związek, w którym roślina i owad robią wszystko, aby sobie nawzajem pomóc, ale jest to błędnie romantyczne. Pszczoła ma na celu pobranie całego pyłku kwiatowego: zapylanie ma miejsce, ponieważ kilka ziaren zostaje przypadkowo upuszczonych lub startych. A roślina produkuje tak mało nektaru i pyłku, jak to konieczne, aby zachęcić do odwiedzenia kwiatów. Tak więc związek między zapylaczami a kwiatami najlepiej opisać jako wzajemną eksploatację.

Zapylanie wibracyjne zgrabnie pasuje do tego scenariusza. Pylniki z porami zapobiegają nadmiernemu wydatkowi na pyłek, nagradzając tylko kilku specjalistów zbieraczy pyłku, co zwiększa szansę na zapylenie. Rośliny z porami zwykle wydzielają niewiele lub wcale nektaru, ale ich pyłek jest bogaty w białko, co przekonuje pszczołę do trudzenia się bzyczeniem i wibrowaniem, aby uzyskać niewielką dawkę żółtej substancji. To mądra i skuteczna umowa handlowa w świecie owadów zapylających.

—–

*„Ona”, ponieważ pszczela robotnica jest bezpłodną samicą. Płeć u Apis mellifera ma pewne dziwactwa: embriony mogą rozwijać się jako samce poprzez edycję genów; populacje pszczół miodnych (Apis mellifera capensis) rozmnażają się bez samców; niektóre bakterie, takie jak Wolbachia spp. zmieniają płeć swoich gospodarzy stawonogów, w tym Hymenoptera (pszczoły, osy i mrówki). Niemniej jednak ich płeć jest typowo binarna, podobnie jak u Homo sapiens.

—–

Reader’s wildlife tale

Why Evolution Is true, 22 czerwca 2022

Tłumaczenie: Małgorzata Koraszewska

Athayde Tonhasca Júnior jest brytyjskim entomologiem.