Nový výzkum odhalil skrytou „superschopnost" čmeláků
Zdánlivě křehký hmyz ukrývá překvapivý trik, který mu pomáhá přečkat zimní záplavy. Místo toho, aby se utopil, přepne na jakýsi nouzový způsob dýchání pod vodou a vydrží takto klidně několik dní.
Náhodný objev v laboratoři změnil vše
Za tímto zjištěním nestojí precizně naplánovaný experiment, ale prostá nehoda. Výzkumnice Sabrina Rondeau z kanadské univerzity v Guelphu pracovala v roce 2020 s královnami čmeláků, které udržovala v umělé zimní hibernaci. Byly uložené ve zkumavkách v lednici, která simulovala chladné a vlhké zimní podmínky.
Jenže v noci začalo chlazení prosakovat a zkumavky se naplnily vodou. Ráno Rondeau zjistila, že čtyři královny plavou ve vodě už déle než dvanáct hodin. Předpokládala, že se utopily. Všechny přitom žily.
Co vypadalo jako zničený experiment, se ukázalo být počátkem jednoho z nejpodivuhodnějších příběhů ze světa hmyzu posledních let.
Výzkumnice se rozhodla jev systematicky prozkoumat. Její tým celkem ponořil 143 královen čmeláků do studené vody a sledoval, co se stane po několika dnech bez přístupu ke vzduchu.
Výsledky byly více než pozoruhodné:
- po 7 dnech pod vodou přežívalo stále 81 % královen
- některé jedince vydržely dokonce celých 8 dní pod hladinou
- přežitelnost ponořených čmeláků byla vyšší než u těch, kteří zůstali na vzduchu ve stejně chladných podmínkách
Právě tento poslední bod celý příběh ještě více zamotává. Královny čmeláků si tedy ve vodě vedly lépe než na suchu — při totožné teplotě a podmínkách.
Proč se čmeláci vůbec dostávají do kontaktu s vodou
Královny čmeláků netráví zimu v hnízdě s dělnicemi. Po konci léta si oplodněná královna hledá úkryt v zemi, zpravidla ve hloubce 10 až 20 centimetrů, kde se zahrabí a zůstane nehybně ležet celé měsíce. Po tuto dobu žije výhradně ze svých tukových zásob.
Stále častěji ale dochází k tomu, že tato podzemní komůrka se naplní vodou. Vlivem mokřejších zim a intenzivnějších srážek se půda nasytí vlhkostí na delší dobu. Tam, kde bývalo jen vlhko, může nyní vzniknout dočasná vodní kapsa. Dosud se předpokládalo, že pro mnoho královen to znamená konec.
Nečekaná laboratorní zjištění do tohoto obrazu ale zapadají překvapivě logicky: královny čmeláků jsou na mokré zimy mnohem lépe připraveny, než jsme tušili.
Jak vlastně čmelák pod vodou dýchá
Čmeláci nejsou vodní tvorové, nemají žábry a za normálních okolností žijí výhradně na souši. Přesto senzory ve zmíněném výzkumu jasně zaznamenaly výměnu kyslíku a oxidu uhličitého, zatímco zvířata byla ponořena pod vodou. Jednoduše tedy nedržela dech.
1. Pasivní příjem kyslíku skrze chitinový pancíř
První část triku spočívá v kutikulárním krytu — tuhé vnější vrstvě těla hmyzu. Ten není zcela vzduchotěsný. Při velmi nízké intenzitě metabolismu může malé množství kyslíku z okolní vody prostě difundovat skrze tuto vrstvu přímo do těla.
2. „Fyzická žábra" z vzduchové vrstvy a chloupků
Druhý mechanismus je ještě důmyslnější. Tělo čmeláka pokrývá hustá vrstva jemných chloupků, mezi nimiž zůstává uvězněný tenký film vzduchu — a to i ve chvíli, kdy je zvíře celé pod vodou. Vzniká tak jakási miniaturní potápěčská bublina kolem povrchu těla.
Na hranici mezi vodou a tímto vzduchovým filmem může kyslík z vody přecházet do vzduchové vrstvy. Z ní pak dosahuje k dýchacím otvorům čmeláka — tzv. spirákulím. Vědci tento mechanismus označují jako „fyzickou žábru": nikoliv skutečná žábra jako u ryb, ale funkční přechodová zóna, kde probíhá výměna plynů.
3. Extrémně pomalý úsporný režim
Klíčovou roli hraje metabolismus. Královny čmeláků v hibernaci přepnou celý organismus na minimální spotřebu. V chladném vzduchu produkuje královna průměrně 14,4 mikrolitrů CO₂ za hodinu na gram tělesné hmotnosti. Jakmile se ocitne pod vodou, tato hodnota klesne na přibližně 2,35 mikrolitrů.
Metabolismus se sníží zhruba na šestinu původní úrovně — jako by čmelák přepnul do režimu ultražetření energie.
Díky tak výraznému poklesu spotřeby energie potřebují zvířata jen minimální množství kyslíku. Pomalý přísun skrze kutikulu a vzduchový film pak stačí k udržení základních životních funkcí. Bez tohoto zpomalení metabolismu by se královny utopily během několika hodin.
Klimatická změna: nová rizika, ale i nečekaná odolnost
Mokřejší zimy v Evropě i Severní Americe znepokojují ekolegy už řadu let. Opylovači včetně čmeláků jsou pod tlakem pesticidů, nedostatku kvetoucích rostlin a chorob. Přidávat k tomu ještě zimní úhyny v důsledku záplav se zdálo být dalším špatnou zprávou.
Nová data ale nabízejí nuancovanější pohled. Tento podvodní trik dává královnám čmeláků pozoruhodný polštář proti krátkodobým nebo středně dlouhým záplavám. V oblastech s čím dál tím více přesycenou půdou to může rozhodovat mezi kolapsem populace a ještě životaschopným počtem jedinců.
Přesto zůstává nejasné, kde je hranice. V laboratoři se testovalo maximálně do osmi dní. Nikdo neví, zda by královna přežila i dva nebo tři týdny pod vodou, jak se může stát při extrémně mokrých zimách. Rovněž není jasné, zda opakované epizody — několik dní pod vodou, pak sucho, pak znovu záplava — jsou horší než jedna dlouhá perioda.
Kolik energie tento trik stojí?
Veškerá energie, kterou královna čmeláka v zimě spotřebuje, pochází z jejích tukových zásob. Ty musí pokrýt nejen samotnou hibernaci, ale i první klíčové týdny na jaře, kdy sama zakládá hnízdo, klade vajíčka a vychovává první dělnice.
Dlouhodobé ponoření může energetickou bilanci změnit. Metabolismus sice klesá, ale podmínky jsou extrémní a zotavení po takové epizodě může vyžadovat dodatečnou energii. Pokud královna vyčerpá příliš mnoho tukových zásob, možná přežije do jara — ale nebude mít sílu vybudovat životaschopné hnízdo.
| Fáze | Hlavní zdroj energie | Riziko pro královnu |
|---|---|---|
| Začátek hibernace | Tukové zásoby nahromaděné na konci léta | Nedostatek tuku → nepřežije celou zimu |
| Pod vodou | Velmi pomalá spotřeba stejných zásob | Příliš dlouhé ponoření → vyčerpání při vynoření |
| Jarní zakládání hnízda | Zbylý tuk + první nektar a pyl | Nedostatek energie → hnízdo předčasně zaniká |
Rondeau a její kolegové plánují v navazujícím výzkumu vážit tukové zásoby královen před ponořením a po něm. Tak bude možné přesně vyčíslit, jak velkou energetickou daň tento přežívací mechanismus vyžaduje.
Co to znamená pro ostatní hmyz a pro zahrady
Mnoho dalších opylovačů zimuje v půdě stejně jako čmeláci — například samotářské včely nebo některé druhy pestřenek. Pokud mají královny čmeláků takový podvodní trik v zásobě, je pravděpodobné, že i jiné druhy disponují překvapivými strategiemi pro zvládání záplav.
Pro správce přírody a zahrádkáře z toho plyne několik praktických závěrů:
- nechte na podzim a v zimě ležet části holé, nenarušené půdy, kde se mohou královny zahrabat
- vyhněte se intenzivnímu zpracování půdy a hloubkovému kopání v mokrých obdobích
- navrhujte zahrady a parky tak, aby voda mohla dočasně stát, ale nezůstávala týdny na stejném místě
- kombinujte kvetoucí záhony s výše položenými, lépe odvodněnými zónami vhodnými k přezimování
V zemědělských oblastech může pomoci vědomé udržování polních okrajů nebo svahů o něco výše a sušší, zatímco níže položené části smějí zadržovat vodu. Vznikne tak mozaika prostředí, kde mají královny čmeláků více možností, jak najít bezpečný úkryt.
A pro všechny, kdo rádi pozorují hmyz, tu je ještě jeden důvod k zamyšlení: za každým čmelákem, který zjara krouží nad krokusem, se skrývá zima plná překvapivých akrobatických výkonů, o nichž téměř nevíme. Tvor o hmotnosti menší než gram, schopný strávit týden pod vodou, ukazuje, jak flexibilní může život být — dokud se podmínky nemění příliš rychle a příliš drasticky.
