Влияние изменения климата на экологическую роль пчёл

Тайминг в природе отлажен идеально. Повышение весенних температур побуждает многие виды пчёл начинать поиск цветущих растений, которые служат им пищей и которые они, в свою очередь, размножают через опыление. Но что произойдёт, если эти жизненно важные взаимовыгодные отношения рассинхронизируются из-за изменения климата? Именно это намерены выяснить доцент биологии Дэниел Банкер и аспирантка Кэролайн ДеВэн с помощью гранта в $150 000 от Национального научного фонда (NSF).

По их мнению, последствия могут быть серьёзными, если эти отношения разрушатся из-за глобального изменения климата. К последствиям относятся плохое опыление сельскохозяйственных культур и снижение урожайности. В одном из тревожных сценариев пчёлы-опылители могут сильно отреагировать на потепление и появиться раньше в сезоне, в то время как их предпочитаемые цветы отреагируют слабее и зацветут позже. Такой сбой синхронизации может серьёзно повлиять как на пчёл и растения, так и на продуктивность многих сельскохозяйственных культур.

Локальная лаборатория под открытым небом

ДеВэн заинтересовалась изменением климата и экологической ролью пчёл, специализируясь на экологических исследованиях и экологии в Университете Теннесси. Работа над PhD в области биологии в NJIT дала ей возможность задавать важные вопросы и сотрудничать с Банкером, который также глубоко заинтересован в исследовании экологической взаимозависимости между растениями и другими организмами.

В поисках подходящих мест для исследований недалеко от NJIT ДеВэн обнаружила, что в Национальном историческом парке Морристаун в Джокки Холлоу существует значительное сообщество пчёл, включая пчёл, гнездящихся в полостях (cavity-nesting bees), которые кормятся на различных цветущих деревьях, а также на растениях подлеска. В отличие от общественных видов, таких как медоносные пчёлы, эти пчёлы ведут одиночный образ жизни в дикой природе, опыляя многие виды цветущих деревьев в поисках пищи. В некоторых частях страны владельцы садов создают благоприятные условия для гнездования, чтобы привлечь этих опылителей к миндальным, яблоневым, вишнёвым и другим плодовым деревьям.

Участок в Морристауне также привлекателен тем, что это умеренный лес с относительно узким временным окном, когда пчёлы появляются весной, а деревья распускают листву. Кроме того, Морристаун является частью Северо-восточной умеренной сети (Northeast Temperate Network, NETN), созданной Службой национальных парков США для мониторинга экологических условий в 12 парках семи северо-восточных штатов, а также шести штатах, через которые проходит Аппалачская национальная живописная тропа. Работа на площадке NETN позволяет ДеВэн и Банкеру интегрировать свои данные в общую экологическую картину сети.

Нарушение синхронизации

Основное экспериментальное внимание уделяется пчёлам, поскольку их активность в основном зависит от температуры, тогда как растения реагируют на изменения продолжительности светового дня (фотопериода) вместе с температурой. Пчёлы, гнездящиеся в полостях в Морристауне, особенно чувствительны к весенним изменениям температуры.

Чтобы привлечь местных пчёл к исследованию, учёные размещают построенные ими гнездовые ящики рядом с 28 лесными мониторинговыми площадками NETN в парке. Взрослые пчёлы создают гнёзда с несколькими ячейками, в каждой из которых находится яйцо. За лето личинка претерпевает метаморфоз (как бабочки), и к осни становится взрослой особью в коконе, где и зимует. Первоначальная фаза программы, начатой Банкером и ДеВэн при помощи других коллег и студентов NJIT, включает пробуждение пчёл от зимней спячки раньше обычного весной путём мягкого нагрева ящиков.

Исследователи всё ещё отрабатывают экспериментальные методики, включая прикрепление микро-меток на спину пчёл, пока те ещё находятся в состоянии покоя в коконах. Видеокамера у каждого гнезда позволит создать базу данных о реакции пчёл на искусственные изменения их естественного графика и о том, как на их благополучие могут повлиять соответствующие нарушения, вызванные изменением климата.

Метки на пчёлах, специальный вариант широко используемого QR-кода, позволят отслеживать отдельных особей с помощью компьютерного распознавания образов, которое разрабатывается под руководством доцента биологии Гарета Рассела. Физический анализ пыльцы в гнёздах также должен дать информацию о пищевых источниках, которые посещают пчёлы, а анализ соотношения самок и самцов укажет на то, как колебания температуры могут влиять на размножение.

Влияние на сельское хозяйство

Эта работа может помочь ответить на ключевые вопросы о возможном влиянии изменения климата на сельское хозяйство. Оказавшись в активном состоянии и начав поиск пищи до того, как их обычные источники станут доступны, пчёлы могут не суметь адаптироваться. ДеВэн подчёркивает, что это может разрушить цикл опыления и размножения растений. Или пчёлы могут адаптироваться, питаясь другими растениями, которые цветут раньше. Хотя это может быть положительным признаком адаптивности пчёл, это также может означать, что они питаются менее питательными растениями, что может пагубно сказаться на популяциях пчёл.

Для одиночных пчёл, гнездящихся в полостях, начало кормления раньше из-за рассинхронизации с цветением их пищевых источников может означать более длительные отлучки от гнёзд. Это также представляет потенциальную угрозу, давая мухам, осам и другим хищникам больше возможностей для атаки на незащищённые яйца и личинки. В результате, возможно, потребуется разработать новые стратегии защиты и управления этими жизненно важными опылителями.

Данные, которые Банкер и ДеВэн планируют собирать в ближайшие годы, могут подтвердить тревожную возможность — что критическая взаимосвязь между чувствительными к температуре пчёлами и опыляемыми ими растениями находится в опасности. Однако они могут обнаружить, что опылители, такие как пчёлы в Морристауне, способны адаптироваться способами, которые не подрывают серьёзно их роль в опылении и, как следствие, в сельскохозяйственном производстве. Что бы ни показало исследование, оно прольёт дополнительный свет на отношения между пчёлами и растениями — и на одну из самых важных связей человека с природой.