Чтобы спасти медоносных пчёл, им нужны новые ульи

Число колоний медоносных пчёл в США сокращается со средней скоростью почти 40% с 2010 года. Главная причина — вирусы, распространяемые паразитом Varroa Destructor. Однако эта ситуация не является естественной: паразит распространяется из-за методов пчеловодства, включая содержание пчёл в условиях, сильно отличающихся от их естественной среды обитания — дупел деревьев.

Ранее было показано, что теплопотери в искусственных ульях во много раз выше, чем в естественных гнёздах. Теперь, с помощью инженерных методов, обычно используемых для решения промышленных задач, удалось продемонстрировать, что современная конструкция ульев также создаёт более низкий уровень влажности, благоприятный для паразита Varroa.

Естественные гнёзда в полостях деревьев создают высокий уровень влажности, в котором процветают медоносные пчёлы и который препятствует размножению Varroa. Таким образом, если перепроектировать ульи, чтобы воссоздать эти условия, можно помочь остановить паразита и дать пчёлам шанс на восстановление.

Жизнь колонии медоносных пчёл тесно переплетена с её домом. Это видно по тому, как пчёлы выбирают гнёзда правильного размера и свойств и как усердно они работают над их модификацией. Фактически, гнездо можно рассматривать как часть самой пчелы — концепция, известная в биологии как «расширенный фенотип».

Пчёлы выбирают дупло с входом внизу, что снижает вероятность утечки поднимающегося внутри тёплого воздуха. Затем они модифицируют его, нанося антибактериальный пароизоляционный герметик из древесной смолы на внутренние стенки и все мелкие отверстия или трещины. Это дополнительно предотвращает утечки тёплого воздуха и помогает поддерживать нужный уровень водяного пара. Внутри гнезда пчёлы строят соты, содержащие тысячи ячеек, каждая из которых обеспечивает изолированный микроклимат для выращивания личинок или производства мёда.

Неестественные конструкции

Несмотря на важность гнёзд для пчёл, ульи, которые мы для них строим, мало похожи и имеют мало свойств естественных гнёзд в деревьях, с которыми эволюционировали европейские медоносные пчёлы. В XXI веке мы всё ещё используем ульи, разработанные в 1930-х и 1940-х годах на основе идей 1850-х годов.

Искусственные ульи — приземистые и квадратные (например, высотой 45 см), построенные из тонкого дерева (толщиной менее 2 см) с большими летками (около 60 см²) и часто с большими отверстиями из проволочной сетки снизу. Они были разработаны, чтобы быть дешёвыми и удобными для пчеловодов. В то же время естественные гнёзда европейских пчёл в среднем высокие (около 150 см), узкие (20 см), с толстыми стенками (15 см) и маленькими входами (7 см²).

Для оценки того, насколько хорошо искусственные ульи воссоздают условия естественных гнёзд, потребовалось измерить потоки жидкостей (воздуха, водяного пара и тепла) вокруг них. Для этого было применено направление физической науки и инженерии — терможидкости, изучающее жидкости, газы и продукты сгорания, а также изменения состояния, массы и движение энергии.

В гнезде пчёл это означает «сгорание» сахаров в мёде и нектаре, испарение и конденсацию воды, воздушный поток через гнездо, а также всё, что переносится пчёлами через вход или просачивается через стенки.

Различные барьеры, создаваемые пчелиными гнёздами, можно использовать как удобные границы в математических моделях энергии и влажности внутри гнезда. Новое исследование объединяет эти модели с данными экспериментов по тепловым свойствам гнёзд и ульев, а также с поведенческими исследованиями вентиляции гнезда пчёлами.

Это позволило сравнить среднюю влажность в искусственных ульях и древесных гнёздах с той, что необходима пчёлам и их паразитам. Было обнаружено, что большинство искусственных ульев имеют в семь раз более высокие теплопотери и в восемь раз больший размер входа, чем древесные гнёзда. Это создаёт более низкий уровень влажности, благоприятный для паразита.

Роль пчелиного гнезда явно гораздо сложнее, чем простое укрытие. Простые изменения в конструкции улья для снижения теплопотерь и повышения влажности, например, использование меньших входов и более толстых стен, могут снизить стресс колоний пчёл, вызванный Varroa Destructor. Уже известно, что простое строительство ульев из полистирола вместо дерева может значительно повысить выживаемость и медопродуктивность пчёл. Дальнейшие исследования терможидкостной сложности гнёзд позволят разработать оптимальные ульи, балансирующие потребности пчёл и их человеческих хранителей.