Cechy funkcjonalne pszczoły miodnej związane z opornością na warrozę – wykład  Jerzego Demetrakiego-Paleologa

Zdjęcie: Gilles San Martin

Od 20 do 22 stycznia 2023 r. odbywało się międzynarodowe sympozjum pszczelarskie w Pszczelej Woli, poprzedzone konferencją na Uniwersytecie Przyrodniczym w Lublinie dla otoczenia pszczelarskiego „Nauka praktyce”. Zapraszamy do przeczytania opracowania wystąpienia profesora Jerzego Demetrakiego-Paleologa „Cechy funkcjonalne pszczoły miodnej związane z opornością na warrozę”.

Profesor przypomniał, że omawiane w Pszczelej Woli zagadnienia zostały dokładniej omówione na łamach naszego czasopisma w serii artykułów pt.: „Co wiemy o próbach wyhodowania pszczół opornych na warrozę – sukcesy i trudności”. Jednak poniższe opracowanie to dobry skrót i wstęp do zapoznania się ze wspomnianymi, obszerniejszymi tekstami. Ponadto było autoryzowane przez profesora Jerzego Demetrakiego-Paleologa.

Warroza a hodowla

W Polsce warroza tkwi w naszych pasiekach już ponad 40 lat i przez ten czas niewiele się zmieniło, a nawet twierdzi się, że jest gorzej niż na początku, chociażby dlatego, że pasożyty nabyły lekooporności. Hodowcy, zarówno ci zajmujący się roślinami, jak i zwierzętami, starają się stworzyć takie odmiany i linie, by były oporne na choroby i pasożyty, a oporność ta była dziedziczna, co przełoży się na mniejsze wykorzystanie chemii w rolnictwie. Osoby i instytucje próbujące otrzymać linie pszczół opornych na warrozę i robiące to od wielu lat wiedzą, że jest to teoretycznie możliwe, ponieważ takie populacje pojawiły się w naturze – w bardzo liczebnych populacjach Afryki i Ameryki Południowej.

Czytaj także: Co wiemy o próbach wyhodowania pszczół opornych na warrozę (wszystkie części)

Niestety wyniki prac hodowlanych są bardzo różne i najczęściej nawet po wstępnym uzyskaniu oporności nie udaje się utrzymać jej przez dłuższy czas. Jednocześnie w polskiej prasie pszczelarskiej pojawiają się ogłoszenia o możliwości kupna pszczół opornych na omawianą chorobę. Osoby, które zamieszczają te propozycje, sprzedają matki głównie zagraniczne, wprowadzając tym samym obcy materiał genetyczny do Polski (to tzw. introgresja genetyczna). Jest to problem, o którym przeczytają Państwo w dalszej części tekstu.

Ocena cech

Bardzo ważna dla hodowców jest zdolność oceny cech – jeśli bowiem pomylą się na którymś z jej etapów, to wyniki selekcji mogą być mierne. Po pierwsze, by dobrze ocenić cechy ważne gospodarczo, hodowca musi nie tylko wiarygodnie oszacować ich wartość, ale też zwracać uwagę na tzw. wartość genetyczną, czyli genetyczne uwarunkowania tych cech. Oczywiście to nie matka przejawia owe cechy, a robotnice, ale to królowa jest nośnikiem genów, które otrzymują od niej córki. Po drugie, hodowcy muszą zwracać uwagę na wartość biologiczną (tzw. cechy funkcjonalne) matki – czyli wszelkie cechy, które odpowiadają za przeżycie i kondycję rodziny, a także matki. To bardzo istotny aspekt, bo nawet najlepsza genetycznie matka może nie zostać przyjęta do rodziny, jeśli będzie nieżywotna, słaba lub po prostu nieatrakcyjna dla pszczół. Hodując pszczoły oporne na warrozę, pszczelarze mogą stracić inne ważne cechy królowych, warunkujące np. ich dobrą kondycję, nie mówiąc już o ważnych cechach produkcyjnych.

Problemy hodowców

Na pszczoły i coraz większe problemy w walce z warrozą wpływają też zmiany wywołane antropopresją, takie jak globalizacja (chociażby zawleczenie pasożytów w miejsca, w których ich wcześniej nie było), chemizacja, zmiany klimatu. A jak niejednokrotnie się przekonaliśmy – organizm nie jest odporny na obce patogeny, ponieważ w wyniku presji ewolucyjnej przystosował się do zagrożeń, które na niego oddziaływały w konkretnym środowisku. Był to wspólny wyścig zbrojeń patogenu i żywiciela.

Kolejnym problemem jest tzw. przerasowanie – im bardziej wydajna pod względem produkcyjnym rasa, tym jest ona mniej odporna na patogeny. Biorąc pod uwagę wszystkie te elementy zmieniającego się świata i presji hodowlanej, pszczelarze powinni przykładać większą wagę do cech funkcjonalnych matek.

Zdjęcie: Matka pszczela w otoczeniu robotnic. Autor: Freepik

Oporność pszczół na warrozę

Czym jest oporność na warrozę? To zdolność populacji pszczelej do długiego przetrwania bez leczenia. Tymczasem po 40 latach pszczelarze stoją pod ścianą – kiedyś rodziny były w stanie przetrwać z warrozą nawet 4 lata. Obecnie wielkim sukcesem jest, jeśli przetrwają 2–3 sezony. Oporna rodzina jest także w stanie ograniczyć wielkość populacji pasożyta do takiej, która nie powoduje jej śmierci albo sprawia, że znaczny odsetek samic roztocza nie rozmnaża się w czerwiu. Takie populacje żyją na świecie w stanie dzikim i inspirują hodowców do dalszych wysiłków. Są to na przykład Apis cerana albo Apis mellifera scutellata. Wykazują one cechy behawioralne (czyli zachowania), które umożliwiają pozbycie się pasożyta z gniazda. Dlatego hodowcy nie skupiają się na charakterystykach odporności, czy zachowaniach pojedynczej pszczoły, ale na tym, by pszczoły zbiorowo oczyszczały siebie i czerw z pasożyta. Osiąga się to poprzez uzyskanie odpowiednich wzorców zachowania grupowego.

Ocena cech kompleksowych

W hodowli zwraca się uwagę na cechy kompleksowe, czyli takie, które wpływają na siebie nawzajem albo są cechami składowymi innej cechy. Na przykład intensywność czerwienia matki będzie wpływała na miodność rodziny. Tym zagadnieniem zajmuje się genetyka ekologiczna (ekologia to nauka zajmująca się powiązaniami w przyrodzie). Jednak, jak profesor wspomniał na początku wykładu, jeśli hodowca nieprawidłowo oceni owe cechy, to jego praca będzie nieefektywna. Jednocześnie, o ile ustalenie prawidłowych kryteriów oceny charakterystyk wartości hodowlanej pszczół nie jest bardzo problematyczne w dużych ośrodkach badawczych, o tyle dla hodowcy, który nie dysponuje profesjonalnym, bardzo drogim sprzętem, ocena będzie bardzo trudna.

Naukowiec nakreślił słuchaczom temat genów plejotropowych. Gen plejotropowy warunkuje kilka cech. W konsekwencji,  gdy zmieniamy jedną cechę warunkowaną przez taki gen, zmieniamy też inne. Dlatego selekcja na konkretną cechę, np. w kierunku oporności na warrozę, jest bardzo trudna. Nigdy bowiem nie wiemy, jakie inne cechy zmienimy przy okazji. W dodatku cechy funkcjonalne są negatywnie skolerowane z wysoką wydajnością – czyli im większa jest miodność pszczół, tym pszczoły są mniej odporne na choroby. Dlatego rodziny w naturalnych populacjach opornych na warrozę są słabsze, mają mniejszy przyrost czerwiu, są rojliwe i żądliwe.

Problemem są także wirusy m.in. wirus zdeformowanych skrzydeł (DWV). Patogen ten zawsze był w środowisku, ale przedostawał się do organizmu pszczoły drogą pokarmową. Obecnie roztocz Varroa sprawia, że wirus jest wstrzykiwany bezpośrednio do organizmu robotnicy. Na jednym z archipelagów żyją pszczoły miodne, u których nie zaobserwowano DWV i mimo porażenia populacji pasożytami Varroa destructor robotnice mają się dobrze. Możliwe więc, że kluczem do upadku rodzin nie jest sam pasożyt, ale choroby, które dodatkowo aplikuje pszczole. Jak stwierdził profesor: dla człowieka pchła jest tylko irytująca – do momentu, w którym nie przenosi dżumy.

Zachowania przeciwpasożytnicze pszczół

Ocenę tak zwanych zachowań higienicznych pszczół, polegających na usuwaniu martwego albo zarażonego czerwiu, prowadzi się na podstawie pomiaru tempa usuwania czerwiu zabitego poprzez przekłucie albo zamrożenie. Można ją jednak przeprowadzać w niestandardowy sposób, przez umieszczenie pasków papieru milimetrowego w gnieździe – robotnice higieniczne równie chętnie usuwają papier, jak pozbywają się martwych poczwarek. Na przykład hignieniczne pszczoły (czyli z cechą HB – Hygienic Behavior), likwidują też 60% czerwiu porażonego przez pasożyta V. destructor. Pszczoły usuwające czerw zawierający samice V. destructor nazwano pszczołami VSH (Varroa Sensitive Hygiene).

Jednym z najbardziej interesujących odkryć był fakt, że pszczoły VSH wybierają te komórki, w których pasożyt się rozmnaża, a nie tylko w nich przebywa. Takie intensywne zachowania higieniczne mają rosyjskie pszczoły primorskie. Oczyszczanie komórek jest jeszcze bardziej efektywne, gdy pszczoły są mocno porażone wirusami, ponieważ patogeny te zmieniają profil chemiczny czerwiu. Najprawdopodobniej pszczoły, dzięki wybitnemu węchowi, czują zmianę zapachu poczwarek.

Należy jednak pamiętać o zależności odporności pszczół od środowiska, do którego są dostosowane i w którym najlepiej funkcjonują. Inne geny warunkujące miodność będą u pszczół żyjących w Hiszpanii, gdzie jest bardzo dużo roślin kwitnących, pogoda ciepła a dni długie, niż u owadów ze Skandynawii. I to generuje problem – pszczoły, które mają geny oporności sprawdzające się w jednym środowisku, nie muszą przejawiać ich w drugim. Robotnice będą wykazywały na przykład różną wrażliwość na zapachy w różnych środowiskach i ważniejsze dla nich będą inne bodźce. A ponieważ to najprawdopodobniej węch odpowiada za wysoką higieniczność pszczół, przeniesienie danej populacji do obcego środowiska może zakończyć się fiaskiem.

Pszczoły o wysokim współczynniku VSH nie tylko odsklepiają komórki z porażonym roztoczami czerwiem i usuwają pasożyty, ale także zasklepiają komórkę ponownie. Dzięki temu zdrowe poczwarki nie są usuwane. W dodatku, jeśli komórka była otworzona w wyniku błędnej oceny (bez roztocza w środku), to robotnice mogą ponownie zasklepić poczwarkę i jej nie stracić. Ponowne zasklepianie chroni poczwarki przed reinwazją.

Zdjęcie: Robotnice na wlotku ula. Autor: Freepik

Jak pszczoły ustalają, które poczwarki należy usunąć? Robotnice robią najpierw 1 mm dziurki w zasklepie i węszą, co znajduje się w środku komórki. Jeśli czerw jest do usunięcia, to tworzą w zasklepie otwór na 5 mm. A dlaczego same od razu nie ściągają wieczka z komórek? Bo w rodzinie jest podział pracy. Pszczoły węszące i oceniające, pszczoły odsklepiejące i usuwające pasożyta oraz pszczoły zasklepiające to trzy różne grupy pracujące w tym systemie. Dlatego ważne jest, by matka była zaplemniona wieloma trutniami, by te różne genetycznie grupy robotnic, wykonujące zróżnicowane zadania, pojawiały się w ulu w podobnych proporcjach. Tyczy się to również innych cech. Zresztą taka strategia unasieniania jest naturalna dla Apis mellifera – pochodzenie pszczół od wielu ojców sprzyja wykształceniu się rożnych specjalizacji u robotnic.

W niektórych populacjach, np. u pszczół zafrykanizowanych, pojawia się mechanizm zwany stłumioną reprodukcyjnością roztoczy (SMR). Polega on na tym, że mimo dużej inwazji roztoczy w rodzinie, wiele z samic pasożyta nie wydaje potomstwa. I na przykład u europejskiej pszczoły miodnej w 75% zaatakowanych komórek z czerwiem znajdują się rozmnażające się samice roztoczy. Natomiast u wspomnianej pszczoły zafrykanizowanej, tzw. killer bee, takich komórek jest 49%. Wynika to najprawdopodobniej z sygnałów hormonalnych larw (a więc znowu zapisu chemicznego), które roztocze potrafią odczytać. Dlaczego? Varroa nie produkuje własnych hormonów np. do wylinki, tylko pobiera je od larwy. Dzikie populacje pszczół z powodu presji wywołanej przez pasożyta wytworzyły hormony niekompatybilne z mechanizmami zachodzącymi w rozwijającym się ciele V. destructor. Pozyskanie w pracach hodowlanych pszczół, które wytwarzają zmienione hormony, byłoby dużym krokiem w walce z warrozą. 

Pszczoły indyjskie wykształciły z kolei zachowania oczyszczające (grooming i autogrooming) polegające na usuwaniu pasożytów ze swych ciał albo ciał sióstr, zgniataniu ich żuwaczkami i wyrzucaniu z gniazda. Taki mechanizm musiał się wykształcić u tego gatunku ze względu na długi okres bezczerwiowy. Niestety w przypadku pszczół europejskich cecha ta pojawia się rzadko i jest słabo odziedziczalna. Dlatego ma małe zastosowanie w selekcji pszczół opornych na warrozę.

Trochę innym zagadnieniem są prace nad ograniczeniem rozwoju pasożytów w rodzinie poprzez niedopuszczenie do ich prawidłowego dojrzewania. W Olsztynie prowadzono prace hodowlane nad skróceniem okresu czerwiu zasklepionego w rozwoju pszczół – wystarczyłaby jedna doba, dzięki czemu pasożyt nie byłby w stanie zamknąć swojego cyklu rozrodczego. Ta cecha ma wprawdzie wysoką odziedziczalność, ale małą zmienność (co utrudnia selekcję – bo jeśli wszystkie rodziny są takie same, to trudno selekcjonować ich matki), co pozwala wyjaśnić, dlaczego selekcja nie jest efektywna w polskich (i nie tylko) warunkach.

Odporność na wirusy

Odporność na wirusy jest bardzo różna u różnych linii pszczół. W dodatku owady mogą mieć odmienną odporność na różne ilości przyjętego wirusa. Zazwyczaj jest tak, że im większą dawkę danego szczepu wirusa się przyjmie, tym ciężej przechodzi się chorobę. Jednak różne linie pszczół mają różną tolerancję na dawkę przyjętego patogenu. W tym wypadku niezwykle ważna jest zróżnicowana dieta pyłkowa, która bardzo pozytywnie wpływa na pszczoły poprzez zwiększenie ich odporności. Poza tym różne szczepy wirusów mają różną zjadliwość i dlatego w różnym stopniu będą wpływały na robotnice (a przede wszystkim ich ciało tłuszczowe, o czym przeczytasz w artykule na podstawie wykładu prof. Anety Stracheckiej). W dodatku roztocze też są różnej zjadliwości! Dlatego, o czym profesor wspomniał, mówiąc o pszczołach żyjących na pewnym archipelagu, przy braku wirusa odporność na V. destructor pojawiła się bardzo szybko.

Czytaj także: Mechanizmy odporności pszczół w kontekście funkcjonowania ciała tłuszczowego

Najbardziej rozpoznawalne czynniki wspierające odporność pszczół:

- Małe rodziny (nie chodzi o rodziny zaniedbane przez pszczelarza, a o takie, które naturalnie nie wytwarzają wielu osobników) są bardziej odporne.

- Rodziny, które często się roją, są bardziej odporne, ponieważ podział roju jest zabiegiem higienicznym. Cecha ta, poprzez hodowlę, została mocno ograniczona.

- Mniej zjadliwe roztocze (tajsko/japoński).

- Rodziny kitujące. Niestety w procesie hodowli cechę tę mocno ograniczono, ze względu na niewygodę w obsługiwaniu takich uli.

Poprzez ograniczenie przez hodowców takich zabiegów higienicznych jak rojenie się i kitowanie (zabiegi te pszczoły wykształciły w procesie ewolucji, by radzić sobie z chorobami) mamy obecnie krócej żyjące, nieodporne rodziny pszczele.

Wykształcanie oporności

Transfer pasożytów w rodzinie może być wertykalny (np. rojenie się) lub horyzontalny (reinwazje). Pierwszy z wymienionych sposobów powoduje wytworzenie oporności u pszczół. Dlatego oporność na warrozę szybko wykształciła się w Afryce. Jak to działa? Wychodzący rój zabiera ze sobą pasożyty i zmniejsza ich liczbę w rodzinie – mniej pasożytów nie zasiedli dużej liczby komórek szybko przyrastającego czerwiu. Dlatego rój wychodzący z rodziny silnie zarażonej zabiera więcej pasożytów, rój ze słabiej zarażonej rodziny zabiera mniej pasożytów, a rój z najbardziej zarażonych… nie zabiera roztoczy, bo ginie z powodu warrozy. To przykład naturalnej selekcji. Największą szansę na przeżycie mają roje z rodzin najmniej zarażonych.

Dlaczego rojenie jest tak ważne? Ponieważ wydłuża okresy bezczerwiowe i mniejsze namnożenie pasożyta. Rodziny mają też mniej czerwiu trutowego (gdzie lubi rozmnażać się pasożyt). Takie rodziny są zdrowsze. Jednak pszczelarze nie chcą gospodarować na mniejszych, bardziej rojliwych, mniej produktywnych rodzinach.

Natomiast transfer horyzontalny to wtórne reinwazje od zarażonych rodzin. I one nie przyczyniają się do wytworzenia oporności rodzin, a wprost przeciwnie. Dlatego ważne jest, by pszczelarz zapobiegał błądzeniom pszczół. O skali tego niekorzystnego zjawiska w pasiekach mówią dane naukowe – bywa, że nawet 30% wytworzonego przez rodzinę miodu powstało ze wziątku przyniesionego przez robotnice z innych gniazd. Błądzenie i transport horyzontalny pasożytów to również problem dla hodowców, bo zachowania te zaburzają ocenę (wskazują na większą miodność, ale też mniejszą oporność na pasożyta, którego jest wtórnie więcej w rodzinie).

Reinwazje są problematyczne w hodowli pszczół opornych. Jeśli mamy w pasiece pszczoły, które usuwają czerw porażony V. destructor, a następuje reinwazja roztoczy od innych rodzin, to ostatecznie rodzina wykazująca cechy oporności, usuwająca porażony czerw, popełni „samobójstwo” poprzez nieustanne likwidowanie zaatakowanych poczwarek. Dlatego w idealnym scenariuszu, wszyscy pszczelarze w okolicy przeprowadzają zmiany w sposobie gospodarowania i starają się uzyskać oporne pszczoły. W przeciwnym wypadku działania hodowlane spalą na panewce. Na razie w Polsce będzie to bardzo trudne do uzyskania, bo mamy duże zbyt duże napszczelenie w kraju i reinwazję w pasiekach. Gdybyśmy chcieli w naturalny sposób przeprowadzić selekcję, czyli wytworzyć presję środowiskową pasożyta tak, by przetrwały najbardziej oporne rodziny, to na początku wszyscy pszczelarze z kraju musieliby potracić do 70% rodzin.

Zdjęcie: Bywa, że nawet 30% wytworzonego przez rodzinę miodu powstało ze wziątku przyniesionego przez robotnice z innych gniazd. Autor: freepik.

Haplotypy warrozy

W przyrodzie występuje tajsko-japoński haplotyp roztocza, mniej zjadliwy niż ten, który przywędrował do Europy. Z tego powodu oporność mogła się wykształcić szybciej u tamtejszych pszczół (a także afrykańskich), ponieważ pasożyt dawał tym owadom szansę na jej wytworzenie, nie wykańczając rodzin od razu. Natomiast do Polski przywędrował bardzo zjadliwy haplotyp koreański, który nosił w sobie najbardziej zjadliwe formy wirusa. Nasze pszczoły nie miały szans wytworzyć oporności na pasożyta, bo tak szybko je eliminował. Z wirusami jest podobnie – w przyrodzie występują też bardziej i mniej zjadliwe szczepy. Dlatego hodowla jest tak problematyczna.

Problem przenoszenia pszczół do nowych miejsc geograficznych

W rejonie Primorskim Apis cerana (Rosja) bytowała pszczoła naturalnie oporna na warrozę. Przywieziono tam  bardzo dawno temu pszczoły Apis mellifera pochodzenia kraińskiego. Również te drugie wykształciły oporność na pasożyta. Dlaczego w tak wymagającym sąsiedztwie pszczół opornych i pasożytów nie wyginęły? Naukowcy nie są tego pewni, ponieważ nie mieli możliwości obserwowania dokładnego procesu zachodzącego w populacjach. Jednak najprawdopodobniej to dzięki wspomnianym tajskim, mniej zjadliwym roztoczom, obce pszczoły nie zostały wyeliminowane natychmiast i mogły wykształcić odpowiednie cechy oporności.

Amerykanom udało się ściągnąć „pszczoły primorskie” do swego kraju i otrzymać satysfakcjonujące wyniki hodowlane (chociaż nie wszystkie uzyskane rodziny pszczele były oporne). Niemieccy hodowcy stwierdzili, że też spróbują wprowadzić u siebie ową linię. Przeprowadzili tę samą procedurę hodowlaną. Jednak w Europie sukces nie był aż tak spektakularny – te same pszczoły, choć oporne, produkowały mniej miodu, wielkość rodzin zmalała, gorzej trzymały się plastra i były bardziej ruchliwe i żądliwe. Dlatego niemieckie związki pszczelarskie nie zaleciły dalszego importu i hodowli tych pszczół. To dowód na to, że przenoszenie genów do obcych środowisk niekoniecznie zakończy się sukcesem.

Tam, gdzie programy hodowlane funkcjonują porządnie, kraje mają całe systemy wprowadzania nowych ras, odmian i ich testowania, aby to nie było prowadzone bez przemyślenia.

Selekcja wspomagana markerami DNA

Czy dzięki DNA i badaniom genetycznym można rozróżnić pszczoły, które dają dużo miodu i mało miodu? To bardzo kuszące, bo np. uzyskując nową matkę, musimy oceniać jej wartość jako reproduktorki przez ok. jeden rok, co znacznie wydłuża czas hodowli. Markery, czyli znaczniki genetyczne, wskazujące, które geny warunkują daną cechę, w tym oporność pszczół na warrozę, zostały przynajmniej częściowo już ustalone. Jednak ta metoda ma jeden duży i poważny problem – koszty. Analiza DNA tego typu to wydatek ok. 6000 zł. A nie sekwencjonuje się genów tylko jednej matki, żeby przeprowadzić selekcję, lecz nawet kilkudziesięciu.

Na szczęście koszty analizy genetycznej już teraz spadają i będą coraz łatwiej dostępne. Pisaliśmy o tym relacjonując Naukową Konferencję Pszczelarską w Puławach.

Czytaj także: Naukowa Konferencja Pszczelarska w Puławach, cz. 2.

Cele selekcji

Hodowcy muszą selekcjonować pszczoły na wiele cech. Bardzo ważne jest wytworzenie odporności na choroby bez spadku produkcyjności. Jest to duży problem, lecz jak opisano wyżej, na podstawie chociażby sukcesu hodowców z USA uzyskano zachęcające przykłady.

By zacząć selekcję na oporność, należy przestać leczyć pszczoły, ponieważ w przeciwnym wypadku na pszczoły nie oddziałuje zewnętrzna presja selekcyjna. Dowodem, że jest to możliwe do wykonania, może posłużyć przykład, że oporne populacje otrzymano na izolowanych wyspach, gdzie zaprzestano leczenia akarycydami i w pewnym momencie nie dochodziło do reinwazji roztoczy i napływu innych pszczół spoza wyspy.

Ocena odporności pszczół przez hodowców powinna być prosta, wiarygodna, powtarzalna, wystandaryzowana i tania – dopiero wtedy będzie możliwa do przeprowadzenia w warunkach pasiecznych. Podczas prac hodowlanych istnieje koszt graniczny opłacalności danej metody selekcyjnej (np. wspomnianych analiz DNA). Jeśli nie pojawią się tańsze metody, to technologia musi stanieć, aby możliwe było jej zastosowanie na szerszą skalę.