Mechanizmy odporności pszczół w kontekście funkcjonowania ciała tłuszczowego

Zdjęcie: Freepik

Od 20 do 22 stycznia 2023 r. odbywało się międzynarodowe sympozjum pszczelarskie w Pszczelej Woli „Z pszczołami nigdy nic nie wiadomo”. W najbliższych tygodniach zaprezentujemy kilka wykładów, którymi podzielili się prelegenci. Przedstawiamy pełne wystąpienie prof. Anety Stracheckiej dotyczący mechanizmów odpornościowych pszczoły miodnej.

Niemal wszystkie związki związane z odpornością pszczoły są produkowane w ciele tłuszczowym. Dlatego warto poznać jego budowę i działanie, by lepiej zrozumieć nie tylko same owady, którymi się opiekujemy, ale też w jaki sposób choroby i niepoprawnie użyte pestycydy i akarycydy wpływają na ich organizmy i je osłabiają.

Typy odporności

Pszczoły wykształciły następujące typy odporności:

1. Społeczną (zwaną też odpornością zbiorową lub rodzinną), do której zaliczane są:

- odporność sekrecyjna związana z produktami pszczelimi, np. propolisem – o tym, że wytworzenie ras niekitujących wpłynęło na osłabienie odporności pszczół mówił prof. Jerzy Demetraki-Paleolog podczas swojego wykładu. Wkrótce będzie on dostępny na naszej stronie.

- odporność behawioralna, czyli zachowania pszczół w celu usunięcia źródła zagrożenia.   Przykładem tego typu odporności jest np. czyszczenie komórek, usuwanie martwego czerwiu itd.

2. Indywidualną, ważniejszą od odporności zbiorowej, opartą na mechanizmach odpornościowych samego ciała pszczoły.

Zagrożenia dla odporności

Na owady wpływają również czynniki związane ze zmianami środowiskowymi, które sprawiły w ostatnich dziesięcioleciach, że odporność pszczół spadła nawet o 60% (według kilku źródeł literaturowych). Podobne wyniki uzyskała Aneta Strachecka, gdy zbadała bardzo stare próbki pszczół (sprzed 40–50 lat), które pozyskiwała z terenu poprzednia kadra naukowców. Jak stwierdziła profesorka „były to próby schowane gdzieś w lodówkach instytutu”. Po analizach starych owadów i porównaniu ich ze współczesnymi egzemplarzami okazało się, że odporność pszczół spadła o 40–50%.

Ten niepokojący trend wynika ze zmian w świecie. Pszczoły kiedyś miały do dyspozycji porządne bazy pożytkowe i mogły budować układ odpornościowy na zróżnicowanym pokarmie dobrej jakości, ponieważ w środowisku rolniczym było więcej łąk i zadrzewień. Wykorzystanie pestycydów w rolnictwie nie było tak powszechne, więc te związki nie obciążały pszczół w takim stopniu jak teraz. Również oparcie współczesnego rolnictwa na nawozach sztucznych powoduje, że w pyłku i nektarze brakuje niezbędnych pierwiastków. Do gleby dodaje się bowiem głównie potas, azot, wapń i magnez (pierwiastki odpowiadające przede wszystkim za wzrost roślin i wytworzenie dużej masy) i nie wzbogaca się jej w mikroelementy potrzebne do prawidłowego rozwoju organizmów (w tym ludzi). Wspomniane cztery pierwiastki wyparły z gleby ultrapierwiastki, które znajdują się w organizmach w bardzo małych ilościach, ale jednocześnie są niezbędne do ich prawidłowego funkcjonowania i wytworzenia procesów odpornościowych. Brak tych składników w glebie (i przeniesienia ich do nektaru i pyłku) sprawia, że organizm staje się o nie uboższy (można stwierdzić, że nawet upośledzony) i układ immunologiczny pszczoły nie funkcjonuje prawidłowo. To wszystko dzieje się na poziomie jednostki. Uprawy dają więc duże plony, ale niekoniecznie dobrej jakości.

Książka "Anatomia i fizjologia pszczoły midonej"  dostępna na sklep.pasieka24.pl 

Ponadto podczas stosowania nieprawidłowych dawek akarycydów i pestycydów uszkodzony zostaje biofilm pszczoły, czyli związki tłuszczowe, woskowe i inne oraz mikroorganizmy, które wyścielają kutikulę (zewnętrzną część pancerza pszczoły), układ pokarmowy i oddechowy. Jest to pierwsza warstwa zabezpieczająca pszczołę przed chorobami. Dzięki tej barierze bakterie i wirusy mają utrudniony dostęp do ciała owada. Gdy stosujemy akarycydy w niedozwolonych dawkach, to uszkadzamy warstwę ochronną ciała i patogen wdziera się do środka.

Ciało tłuszczowe

Składa się ono z części wisceralnej (w postaci małych grudek oraz pasemek oplatających układ oddechowy, układ pokarmowy i rozrodczy), która głównie pełni funkcje energetyczne (szybkie dostarczanie energii do konkretnych tkanek). Natomiast o wiele większą rolę w kwestiach odpornościowych odgrywa część ścienna ciała tłuszczowego (zwana też subkutikularną lub kutikularną). Ta część wyściela całą część przy „ścianach” pancerza zewnętrznego pszczoły.

Ciało tłuszczowe pszczoły letniej składa się z maksymalnie 5 warstw komórek. Dlaczego? Ponieważ następuje wtedy szybka przemiana pokoleń, a pszczoły mają dostęp do pożytków, mogą szybko uzupełnić rezerwy białkowe i węglowodanowe, więc nie potrzebują gromadzić zapasów – ciało tłuszczowe służy  wtedy głównie do wytworzenia białek odpornościowych.

Zdjęcie: Komórki ciała tłuszczowego pokrywające zewnętrzną ścianę odwłoka pszczoły. Na zdjęciu widać też szare serce ciągnące się w poprzek odwłoka, a także jasne worki powietrzne. Zdjęcie pochodzi z książki Anety Stracheckiej i Martyny Walerowicz "Anatomia i fizjologia pszczoły miodnej". Autorami zdjęcia są: Łukasz Wójcik, Bernard Staniec, Aneta Strachecka.  

Natomiast u pszczół zimowych, bytujących w naszym klimacie, jest aż 35 warstw komórek ciała tłuszczowego. Jednak, ponieważ klimat się ociepla, wytwarzają coraz mniej warstw. Natomiast pszczoły, które żyją na północy, np. na Syberii, tych warstw mają więcej, niektóre źródła podają, że nawet 50.

Odwłok pszczoły zbudowany jest z sześciu segmentów (siedmiu, jeśli weźmiemy pod uwagę segment, który w rozwoju larwalnym należy do odwłoka, ale ostatecznie po przepoczwarczeniu leży w tułowiu). Komórki ciała tłuszczowego różnią się w każdym z tych segmentów – mają odmienną wielkość i budowę, charakteryzują się swoistymi cechami indywidualnymi i pełnią różne funkcje.  

Ciało tłuszczowe kształtuje się głównie między 4 a 5 dniem rozwoju czerwiu. Wtedy dochodzi do największej liczby podziałów komórkowych. I to właśnie wtedy ustalana jest stała liczba tego organu. Jeśli wtedy nie powstaną, to organizm ich później nie wyprodukuje. Drugim okresem, który wpływa na ostateczny kształt i funkcjonowanie ciała tłuszczowego są pierwsze trzy dni po wygryzieniu.

Szczegółowa budowa ciała tłuszczowego

Ciało tłuszczowe pszczoły miodnej składa się z enocytów i trofocytów. Trofocyty są komórkami odpowiedzialnymi za magazynowanie, przetwarzanie i uwalnianie związków lipidowych. Na zdjęciu widać, że są wypełnione kropelkami – to w nich znajdują wszystkie związki energetyczne niezbędne pszczole do życia. Są one ważne zwłaszcza dla pszczół zimowych. Każda taka kropla zbudowana jest z rdzenia, złożonego z triglicerydów i estrów cholesterolu, monowarstwy fosfolipidów i cholesterolu oraz białek. Dlaczego kropla ma warstwową budowę? Jest to zabezpieczenie przed przypadkowym rozpoczęciem procesów energetycznych. W przeciwnym wypadku enzymy od razu dostałyby się do triglicerydów i wytworzyły energię, nawet w momentach, w których nie jest to konieczne.

Enocyty to komórki odpowiedzialne za gospodarkę węglowodanową. Również zawierają drobne kropelki związków energetycznych, ale przede wszystkich to w tych komórkach produkowane są białka odpornościowe i są odpowiedzialne za detoksykację – gromadzą metabolity toksyczne dla pszczół.

Zdjęcie: Ciało tłuszczowe matki pszczelej. Zdjęcie pochodzi z książki Anety Stracheckiej i Martyny Walerowicz "Anatomia i fizjologia pszczoły miodnej". Autorami zdjęcia są: Aneta Strachecka, Jacek Chobotow, Milena Jaremek.

Różne związki są wytwarzane w ciele tłuszczowym i rozprowadzane po całym organizmie. Do tych związków zaliczamy produkujące białka (w tym odpornościowe), lipidy i cukry (które pełnią funkcje głównie energetyczne), a także całą gamę hormonów, feromonów i innych związków o charakterze antyoksydacyjnym i detoksykacyjnym (czyli unieszkodliwiającym zanieczyszczenia). Można więc powiedzieć, że są one pszczelą wątrobą. Ciało tłuszczowe współpracuje z hemolimfą, gruczołem Nasonowa, kutikulą i innymi organami.

Jednocześnie należy pamiętać, że każdy segment ciała tłuszczowego ma inną funkcję, w dodatku różni się między kastami. W drugim segmencie robotnicy dochodzi głównie do produkcji białek odpornościowych, natomiast trzeci jest nastawiony na „energetykę”. Są w nim białka i tłuszcze, które pszczoła wykorzystuje jako rezerwy energetyczne (nie ma w nim enocytów). Dlatego ten fragment szczególnie lubi V. destructor. Pasożyt może z niego pozyskiwać najwięcej białek i tłuszczów, a przy okazji i tak pobiera hormony. Natomiast w tergicie trzecim matki (w przeciwieństwie do tergitu ciała robotnicy) pojawiają się maleńkie enocyty – dlaczego? Ponieważ gromadzą i metabolizują hormon juwenilny witelogeninę, bez których królowa nie jest w stanie złożyć jaj. Robotnica też potrzebuje tych hormonów do funkcjonowania, ale nie aż tak dużo jak matka.

Natomiast w ciele tłuszczowym tergitu czwartego pojawiają się duże przestrzenie międzykomórkowe, by zwiększyć powierzchnię obmywania hemolimfą. To do tej części ciała tłuszczowego transportowane są związki produkowane w pozostałych segmentach i następuje tam ich wyrzut do hemolimfy pszczoły, by dostać się do wszystkich organów ciała.

Książka "Anatomia i fizjologia pszczoły midonej" dostępna jest w EMPIKU

W tergicie piątym ciało tłuszczowe pełni funkcję detoksykacyjną. To ten segment będzie reagował jako pierwszy na pojawiające się w ciele zagrożenia. Warto jednak pamiętać, że ciało tłuszczowe zmienia swój charakter co 3 do 5 dni życia pszczoły letniej oraz średnio co miesiąc życia pszczoły zimowej, ponieważ pszczoła letnia średnio co 3–5 dni zaczyna pełnić odmienną funkcję w rodzinie pszczelej. Za zmianą pracy idą również zmiany fizjologiczne. Dlatego charakter ciała tłuszczowego cały czas ulega modyfikacji.

Profesorka Strachecka zwraca również uwagę, że każdy segment ciała tłuszczowego pszczoły można rozpatrywać jak osobny organ, ale organy owe łączą się we wspólne procesy metaboliczne (tak jak poszczególne elementy układu trawiennego człowieka łączą się we wspólne procesy trawienne).

Co wpływa na ciało tłuszczowe?

W okresie larwalnym szczególne znaczenie dla rozwoju pszczoły mają jakość i ilość podawanego mleczka pszczelego. Powstaje ono w gruczołach gardzielowych pszczół karmicielek. Jest to organ parzysty, położony po dwóch stronach mózgu. Każdy z nich jest zbudowany z gruczołu wyprowadzającego (tzw. przewodu wspólnego) oraz z wielu tzw. acini. Każde acini ma w środku wiele małych kanalików wyprowadzających oraz przyłączonych do nich pęcherzyków, które produkują mleczko pszczele.

Zdjęcie: Rysunek poglądowy anatomii acini i przewodu zbiorczego. Widać, jak małe komórki wydzielnicze zamknięte są w balonik zwany acini.  Rysunek pochodzi z książki Anety Stracheckiej i Martyny Walerowicz "Anatomia i fizjologia pszczoły miodnej". Autorką rysunku jest Martyna Walerowicz.

Jednak czasem budowa gruczołów gardzielowych jest zaburzona i mleczko pszczele, nawet jeśli jest produkowane w pęcherzykach, to nie jest wydzielane na zewnątrz organizmu pszczoły i składane przy larwie. Dużo zależy od liczby i kształtu acini, a  także od liczby pęcherzyków. Tymczasem zdarza się, że  acini są puste. Czasem to kanaliki nie są wykształcane i chociaż mleczko jest produkowane w gruczołach, to nie ma ujścia. W pęcherzykach mogą też powstać inne wady uniemożliwiające odprowadzenie wydzieliny. A nawet bywa, że wszystkie elementy organu są wykształcone, ale wydzielina i tak nie jest produkowana. Kiedy może dojść do tych wszystkich nieprawidłowości w kształtowaniu się gruczołów gardzielowych? Gdy brakuje matki pszczelej, karmicielek oraz w czasie pojawienia się choroby np. nosemozy lub z powodu działań człowieka.

Dużym problemem są np. związki fałszujące węzę. Temat ten od dawna istniał w środowisku pszczelarskim, jednak do niedawna nie sprawdzano, jak wpływa na fizjologię pszczoły. Pierwsze publikacje na ten temat pojawiły się dopiero w 2020 r. Gruczoły gardzielowe robotnicy, na którą oddziaływała stearyna z wosku, właściwie się nie wykształcają. Podobne przekształcenia w ciele zachodzą po pestycydach i po akarycydach.

Akarycydy, czyli środki stosowane przeciwko warrozie, to substancje chemiczne, od których stosowania nie uciekniemy. Ich wpływ na ciało pszczoły zależy jednak od dawki i podanie zbyt dużej ilości tych substancji chemicznych powoduje niedorozwój gruczołów gardzielowych. Dlatego należy podawać leki zgodnie z instrukcjami zamieszczonymi na etykiecie oraz starać się nie stosować tej samej substancji czynnej dla tego samego pokolenia pszczół.

Kolejnym czynnikiem wpływającym na rozwój ciała tłuszczowego jest warroza. Roztocz przyczepia się do 3 i 4 segmentu odwłoka pszczoły i przebija nie kutykulę (twardą część pancerza pszczoły), a błonę międzysegmentalną (która w elastyczny, rozciągliwy sposób łączy segmenty ciała owada). Gdy roztocz odpada od pszczoły, to pozostawia ranę po aparacie gębowym – to przez to miejsce do ciała pszczoły dostają się wirusy, które powodują bardzo dużo szkód. Jak stwierdził profesor Jerzy Demetraki-Paleolog, na wykładzie, którego skrót znajdziecie TUTAJ: z roztoczami Varroa destuctor jest podobnie jak z pchłami człowieka – są wyłącznie irytujące, ale tylko do momentu, w którym nie przenoszą dżumy. Miejsce przyczepienia roztocza nie jest przypadkowe – ma tam łatwy dostęp do ciała tłuszczowego, które jest jego głównym pożywieniem.

W ciele tłuszczowym obecny jest hormon juwenilny, który bierze udział w syntezie witelogeniny przez ciało tłuszczowe. Witelogenina i hormon juwenilny, a także inne białka, to hormony, których roztocz sam nie wytwarza, a pobiera z ciała pszczoły[1]. Są to jednocześnie związki niezbędne samicy pasożyta do wytworzenia i złożenia jaj. Właśnie dlatego V. destructor przyczepia się do 3 i 4 segmentu odwłoka ciała pszczoły – bo ciało tłuszczowe (jak wiemy już, którego każdy segment ma trochę inne zadanie) zawiera najwięcej hormonu juwenilnego i witelogeniny, którą produkuje!

Książka "Anatomia i fizjologia pszczoły miodnej dostępna jest też na Allegro" Kup na Allegro

Matka pszczela wytwarza feromony, które nie tylko „kierują” pracą rodziny i zachowaniem pszczół, ale przede wszystkim stymulują wydzielanie hormonów i syntezę związków w ciele tłuszczowym robotnic. Jaki z tego wniosek? Że im silniejsza matka, tym ma większy wpływ na rodzinę – nie tylko na zachowanie, ale też fizjologię robotnic. Dlatego coraz częściej w wielu krajach matki wymienia się co roku, ponieważ młode królowe wydzielają bardzo dużo feromonów i są najlepszymi reproduktorkami. Im starsza samica, tym wydzielanie feromonów jest słabsze, a co za tym idzie – ciała robotnic (a zwłaszcza ciała tłuszczowe) gorzej funkcjonują.

Liczba komórek ciała tłuszczowego jest ustalana w czasie rozwoju larwalnego i później nie ulega zmianie. Jednak tuż po wygryzieniu się młoda robotnica ma właściwie puste komórki ciała tłuszczowego. Dlaczego? Bo związków w komórkach ciała tłuszczowego, wytworzonych na etapie czerwiu, jest tak mało, że organizm zużywa je w kilka godzin. Dlatego bardzo ważne jest szybkie ponowne nasycenie ciała tłuszczowego, w przeciwnym wypadku pszczoła nie będzie w stanie wytworzyć białek odpornościowych. Napełnienie komórek organu jest możliwe tylko przy zapewnieniu rodzinie prawidłowej diety pyłkowej. Okazuje się, że pyłek wielokwiatowy czterdziestokrotnie zwiększa odporność robotnic, w porównaniu oczywiście z monodietą. Wpływa korzystnie na syntezę lipidów, hormonów, enzymów i białek odpornościowych.

Monodieta, czyli spożywanie jednego rodzaju pokarmu, jest niewystarczająca do prawidłowego rozwoju organizmu – to tak samo, jakbyśmy przez całe życie jedli tylko chleb albo tylko sałatę. Podobne potrzeby mają pszczoły. Dlatego pszczelarze muszą rozsądnie wywozić rodziny na pożytki monokulturowe, tak by pokarm w ulu nie pochodził tylko z jednej plantacji roślin, ale żeby pożytki nakładały się na siebie w czasie. A najlepiej, jeśli między wywożeniem na główne pożytki owady będą miały zapewnioną dietę z pyłku wielokwiatowego, aby kolejne pokolenia czerwiu nie były wychowywane na diecie ubogiej w składniki pokarmowe.

Dany rodzaj pyłku wpływa na określone procesy metaboliczne. Monodieta nie zawiera wszystkich składników pokarmowych. Jeśli w pyłku z konkretnego gatunku rośliny brakuje jakiegoś składnika, to nawet jeśli będzie pokrywała bardzo duży areał, nie zapewni odpowiedniej podaży. Jak to mówią – ważniejsza od ilości jest jakość. Im bardziej zróżnicowana dieta, tym mamy lepszą homeostazę organizmu, ciało tłuszczowe bardziej wysycone zróżnicowanymi związkami i bardziej odporne pszczoły.

Zdjęcie: Grafika obrazująca zmiany w ciele pszczoły, które zachodzą w zależności od rodzaju podanego pyłku. WIdać więc, że by w ciele pojawiły się wszystkie związki, potrzebna jest owadowi zróżnicowana dieta. Bryś M.S., Skowronek P., Strachecka A. Z artykułu :Pollen Diet—Properties and Impact on a Bee Colony. Insects 2021, 12, 798.

Dysfunkcje ciała tłuszczowego

Zdrowa matka produkuje zdrowe komórki ciała tłuszczowego. Są one niezbrązowiałe. Natomiast jeśli jest zakażona, np. sporami nosemozy, to od razu w ciele tłuszczowym dochodzi do odłożenia niebezpiecznych metabolitów. Toksyny, tak jak wspomniała profesorka, najpierw odkładają się w ciele tłuszczowym tergitu piątego. Jednak, gdy naprawdę groźna choroba zaatakuje pszczołę, to bardzo szybko reakcję układu odpornościowego widać w komórkach ciała tłuszczowego pozostałych tergitów. Takie obciążone komórki produkują o wiele mniej substancji odpornościowych i matka ma gorzej działający układ odpornościowy. Jeśli toksyczne metabolity odkładają się w enocytach, to hormony nie są produkowane w dostatecznej ilości. Wtedy matka będzie składała mniej jaj, albo nie złoży ich w ogóle.

Zdjęcie: ciało tłuszczowe starej matki. Brunatny kolor to zbędne niebezpieczne metabolity odkładające się w komórkach. Zdjęcie pochodzi z książki Anety Stracheckiej i Martyny Walerowicz "Anatomia i fizjologia pszczoły miodnej". Autorami zdjęcia są:  Aneta Strachecka, Jacek Chobotow, Milena Jaremek. 

Gdy larwa matki jest zarażona sporami Nosema[2], to w ogóle nie powstaje u niej gruczoł kieszonkowy lub wykształcą się tylko pojedyncze komórki. Gruczoł ten odpowiada za konsolidację (czyli łączenie) całej rodziny pszczelej za pomocą feromonów. Jeśli tego gruczołu nie ma (lub składa się z pojedynczych komórek) to królowa nie wydziela tych feromonów. Wtedy matka jest niewidoczna dla rodziny i zdarza się, że po plastrze chodzą dwie królowe albo nawet więcej, jeśli kilka nowo wygryzionych też jest chorych.

Innym przykładem jest kontakt pszczół z imidaclopridem lub innymi pestycydami. Wtedy dochodzi do puchnięcia odwłoka, powiększają się bowiem komórki ciała tłuszczowego (w tym ich jądra komórkowe). Enocyty powinny mieć ładne, okrągłe jądro komórkowe, jednak obciążony pestycydami enocyt ma ameboidalne (czyli nieregularne, wypustkowane) jądro. Pojawiają się przestrzenie międzykomórkowe. Dochodzi do wypalenia komórek ciała tłuszczowego. Profesorka Strachecka mówi, że analizowała ciała tłuszczowe pszczoły, która miały styczność z pestycydami – ubyło z nich tyle komórek, że wyglądały jak siatka. Dlatego ważne jest, by opryski wykonywać o odpowiedniej porze dnia, aby jak najmniej narażać pszczoły.

Jak można wspomagać ciało tłuszczowe?

Jak już wcześniej wspomniała prelegentka – bardzo ważna jest wielokwiatowa, urozmaicona dieta pyłkowa. Młode pszczoły, które dopiero wygryzły się z komórek, powinny mieć dostęp do pyłku dobrej jakości, aby szybko wypełnić ich komórki ciała tłuszczowego.  To istotne zwłaszcza w przypadku pszczół zimowych. O ile bowiem przemiana pokoleń w lecie jest szybka, a zróżnicowanego pokarmu w środowisku jest w bród (przynajmniej hipotetycznie), o tyle pszczoły zimowe (które jak pamiętacie, wytwarzają ciało tłuszczowe o bardzo dużej liczbie warstw), muszą mieć dobrze napełnione komórki ciała tłuszczowego, by przetrwać okres słoty.

Kolejnym sposobem na wspieranie rozwoju ciała tłuszczowego jest podawanie owadom biostymulatorów. Należy też pamiętać, że bardzo istotny jest okres larwalny – dlatego trzeba dbać o gruczoły gardzielowe robotnic, aby podawały larwom mleczko pszczele. Jak to zrobić? Zachowując odpowiednią higienę w pasiece, stosować akarycydy w odpowiednich dawkach i zabezpieczyć owady przed pestycydami, a przede wszystkim – dbać o dobrą dietę pyłkową pszczół.

[1] W literaturze można spotkać informację, że samice Varroa destructor wytwarzają hormon juwenilny – jednak w zbyt małych stężeniach, by zapewniały prawidłowe procesy fizjologiczne prowadzące do wytworzenia jaj.

[2] Według nowej klasyfikacji Vairimorpha