Proporcje też są ważne!
O stechiometrii w diecie pszczół

To, że pszczoły znoszą pyłek do gniazda, nawet wielokwiatowy, jeszcze nie świadczy o tym, że potrzeby pokarmowe larw zostaną zaspokojone. Jak dowodzą badania, ważne jest także, jakie gatunki rosną w środowisku, bo w grę wchodzi… stechiometria.

Fot. Agnieszka Wielińska

Czym jest stechiometria i jakie ma znaczenie?

Z pojęciem tym mogliśmy się zetknąć na lekcjach chemii. Jest to dział zajmujący się stosunkami ilościowymi przemian związków chemicznych zachodzących w czasie reakcji chemicznych. Cóż ma to wspólnego z pszczołami?

Wzrost i rozwój każdego ciała zwierzęcego, które musi dobrze funkcjonować, zależy od proporcji ok. 25 pierwiastków niezbędnych do prawidłowej budowy i działania każdej komórki, tkanki i w konsekwencji organów. Z tego powodu osobnik każdego gatunku dąży (poprzez dostosowanie fizjologii ciała i zachowania) do zaspokojenia potrzeb organizmu na kluczowe składniki, pobierając je z pożywienia w odpowiedniej dawce i proporcji.

Z perspektywy stechiometrii ekologicznej termin „składnik odżywczy” (ang. nutrient) dostarcza niezbędnych atomów z pokarmu, by mogły one zostać wbudowane w ciało. Natomiast „zrównoważona dieta” oznacza, że stosunek molowy¹ atomów znajdujących się w pokarmie odpowiada stosunkowi molowemu atomów znajdujących się w ciele konsumenta, które zostało zbudowane z tych atomów, z uwzględnieniem energii potrzebnej do tego procesu. Oczywiście stechiometria ekologiczna oparta jest na dwóch podstawowych zasadach biologicznych, czyli na zasadzie zachowania masy oraz ogólnej biochemii wszystkich żyjących obecnie istot, która ma korzenie w ich wspólnej historii ewolucyjnej. Można więc powiedzieć, że organizm rozwijający się w danym środowisku to „produkt” dostępnych w nim składników pokarmowych.

Produkcja każdej cząsteczki organicznej będzie zależna właśnie od stechiometrii. Oznacza to, że stosunek atomów dostępnych środowisku będzie determinował procesy biochemiczne, takie jak wzrost, rozwój i funkcjonowanie komórek, tkanek, organów i ostatecznie dorosłych ciał. I co dość oczywiste – jeśli w środowisku brakuje pierwiastków, ciało nie będzie mogło prawidłowo się rozwijać i funkcjonować. Ponadto, jeśli wystąpią różnice stechiometryczne między pożywieniem a potrzebami pokarmowymi zwierzęcia, to musi ono zwiększyć wysiłek fizjologiczny, by zaspokoić owe potrzeby.

W dodatku pierwiastki powinny być dostarczane do organizmu w odpowiednich proporcjach, a nadmiar niektórych jest wręcz niekorzystny. Na naszą wyobraźnię lepiej działają przykłady z własnego podwórka. By zobrazować o czym mowa, przytoczę historię pewnego Brytyjczyka, który od najmłodszych lat żywił się wyłącznie frytkami, chipsami, białym pieczywem i kiełbasą, ponieważ „nie odpowiadała mu konsystencja owoców i warzyw”. Jego przypadek opisano w czasopiśmie naukowym „Annals of Internal Medicine”. Pierwszy raz do lekarza rodzice zaprowadzili go w wieku 14 lat, gdy skarżył się na chroniczne zmęczenie. Lekarz przepisał mu suplementy diety. W wieku 15 lat zaczął tracić słuch. Badania nie wykazały zmian w tkankach. Jednak w wieku 17 lat chłopak przestał widzieć (w wyniku niedoborów nerw wzrokowy został trwale uszkodzony) i słyszeć (z powodu nadmiaru cukrów). Wywiad ujawnił, że chłopak przyjmował nieodpowiednio zbilansowaną dietę od 7 roku życia, czyli przez dekadę! Można pomyśleć, że to przypadek ekstremalny, jednak wszyscy doskonale wiemy, że głód czy „tylko” nieodpowiednio zbilansowana dieta niemowlęcia i podrostka, wpływają na jego kondycję i ostateczny rozwój. Niedobory prowadzą do zahamowania wzrostu, rozwoju intelektualnego czy obniżonej odporności. Mało tego! Na rozwój człowieka ma też wpływ dieta podczas życia płodowego. Dokładnie opisano konsekwencje głodu zimowego (1944/1945) w Holandii na ludzi, których matki doświadczyły tego zdarzenia, będąc w ciąży. Osoby te, niedożywione w okresie płodowym, częściej zapadały na cukrzycę typu drugiego, choroby płuc i nerek, miały też zmienioną krzepliwość krwi. Dodatkowo kobiety były częściej otyłe i… chorowały na raka piersi. Oznacza to, że nieodpowiednia podaż składników odżywczych na najwcześniejszym etapie życia ma wpływ na rozwój i funkcjonowanie narządów wewnętrznych czy wydzielanie hormonów osobnika dorosłego. Teraz gdy przypomnieliśmy sobie, jak ważna dla prawidłowego rozwoju człowieka jest zbilansowana dieta, możemy łatwiej sobie wyobrazić, że analogiczne konsekwencje mogą dotknąć pszczoły. W ostatnich dziesięcioleciach krajobrazy wsi i ogólnie rolnicze uległy gigantycznym zmianom. Nie ma całorocznych „taśm” pożytkowych, za to są monokultury i brak pokarmu dla pszczół w środku roku. Dlatego naukowcy z większą uwagą zaczęli się przyglądać diecie owadów i jej wpływie na ich przetrwanie.

Oczywiście sama stechiometria ekologiczna nie wyjaśnia wszystkich aspektów i skomplikowanych interakcji między owadami a roślinami i właściwie nie jest możliwe, by jedno badanie mogło ująć problemy wszystkich gatunków pszczół. Jednocześnie do tej pory opublikowane analizy są bardzo pomocne w zrozumieniu, z czym mamy do czynienia. Skupimy się teraz na dwóch, przeprowadzonych przez polskich naukowców, które mogą nakreślić nam, w czym leży problem.

Fot. dashu83 z freepik

Artykuł 1:
Rozwikłanie zależności między funkcjonowaniem dzikich pszczół a różnorodnością i składem gatunkowym flory poprzez eksperyment żywieniowy

(Unravelling the dependence of a wild bee on floral diversity and composition using a feeding experiment)

Autorzy:
Zuzanna M. Filipiak, Bożena Denisow, Ernest Stawiarz, Michał Filipiak

Artykuł opublikowano w 2022 r., a dla lepszego zrozumienia tematu przygotowano na jego podstawie film: „How to help wild bees: nutrient demand and supply in a changing environment” (Jak pomóc dzikim pszczołom: potrzeby pokarmowe i ich zaspokajanie w zmieniającym się świecie). Niestety dostępny jest tylko po angielsku, ale na YouTube można włączyć polskie napisy.

Badania przeprowadzono na murarce ogrodowej (Osmia bicornis) w kontrolowanych warunkach laboratoryjnych. Jak zauważono w artykule dieta larw (która jest zależna od dostępności pyłku) wpływa na przeżycie całej populacji, nawet jeśli dorosłe owady nie mają problemów z dostępem do swojego głównego źródła pożywienia, czyli nektaru.

Larwy skarmiano kilkoma mieszaninami różnych gatunków pyłków. Miały one odmienne proporcje pięciu niezbędnych pierwiastków chemicznych: sodu (Na), potasu (K), miedzi (Mg), cynku (Zn) i fosforu (P). Owe proporcje albo przypominały te, dzięki którym ciało murarki mogło prawidłowo się odżywiać i wzrastać, albo wręcz przeciwnie – były źle zbilansowane. Dodatkowo pszczołom podano trzeci zestaw mieszanin – do pyłków o nieprawidłowych proporcjach składników pokarmowych dodano „suplementy diety”, tj. brakujące pierwiastki w takiej ilości, aby zniwelować dysproporcje, a w konsekwencji, by zniwelować niedobory. W taki sposób symulowano różne źródła pyłku dostępne dla pszczół w różnych środowiskach i odzwierciedlające zmiany w kompozycji gatunków roślin w krajobrazie.

Fot. marazemgaliete z freepik

Artykuł 2:
Stechiometria ekologiczna pszczoły miodnej: różnorodność i odpowiedni skład gatunkowy pyłku są potrzebne do minimalizowania ograniczeń wzrostu i rozwoju pszczół spowodowanych nieodpowiednią jakością pyłku

(Ecological stoichiometry of the honeybee: Pollen diversity and adequate species composition are needed to mitigate limitations imposed on the growth and development of bees by pollen quality)

Autorzy:
Michał Filipiak, Karolina Kuszewska, Michel Asselman, Bożena Denisow, Ernest Stawiarz, Michał Woyciechowski, January Weiner

Spostrzeżenia co do roli proporcji pierwiastków w omawianym artykule z 2017 r. dotyczące diety pszczoły miodnej, były bardzo podobne do wniosków z poprzedniego artykułu. W końcu wszystkie organizmy, o czym wspomniałam, podlegają takim samym prawom biologicznym.

Naukowcy badali zawartość i proporcje stechiometryczne C, N, S, P, K, Na, Ca, Mg, Fe, Zn, Mn i Cu w ciałach pszczół miodnych różnych kast i płci oraz w nektarze i pyłku różnych gatunków roślin. Okazało się, ograniczony dostęp do Na, S, Cu, P i K w diecie może powodować zahamowanie wzrostu i rozwoju pszczoły miodnej. Możliwe, że podobny efekt wywołuje również niedobór Zn i N. Co ważne, nieodpowiednia dieta ma odmienny wpływ na różne kasty i płcie pszczół.

Również zauważono, że monokultury, nawet jeśli uprawiany gatunek jest bogaty w pyłek i nektar, mogą ograniczyć wzrost i rozwój pszczół, nie pozwalając na skarmianie larw dietą o odpowiednim składzie pierwiastkowym. Jednocześnie konkretne gatunki roślin mogą odgrywać większą rolę niż inne w bilansowaniu diety pszczół miodnych. Dlatego naukowcy wytypowali rośliny mogące zapewnić optymalny wzrost czerwiu, a także zapewnić taką ilość substancji odżywczych, która umożliwi wychowanie dużej liczby larw. Ponadto wskazali rośliny, których pyłek po prostu źle działa na rodziny pszczele. Nektar, niezależnie od gatunku rośliny z jakiego jest pozyskany, nie jest w stanie zaspokoić potrzeb larw w pierwiastki niezbędne do rozwoju, chociaż jest dodawany do obnóży.

Badacze zauważyli też, że pyłek ogólnie ma mało sodu, więc zapotrzebowanie na ten pierwiastek pszczoły zaspokajają, pijąc „brudną wodę”. Nie raz i nie dwa pszczelarze zauważyli, że zbieraczki, zamiast pić z czystego poidła, obsiadają np. zbiorniki gnojówki².

Ponieważ pszczoła miodna hodowana jest na wielu kontynentach, badanie miało zasięg globalny, obejmujący egzotyczne gatunki roślin. Autorzy badania podają, że stechiometrycznie dobrze zbilansowane są pyłki: aktinidii smakowitej (kiwi), Angophora floribunda, Banksia ericifolia, kamelii japońskiej, arbuza, kilku gatunków eukaliptusa, lotosu, maku pospolitego, migdałowca, Rapistrum rugosum, cytryńca chińskiego, koniczyny, kolcolistu zachodniego i bobu (wyka bób).Nieodpowiednie proporcje pierwiastków w pyłku miał słonecznik.

Ponadto kilka wniosków z badania:

Podsumowanie

Do tej pory wydawało się, że zasada nasadzania gatunków roślin miododajnych i pyłkodajnych wokół pasiek jest prosta: im ich więcej i są bardziej różnorodne, tym lepiej. Jednak najnowsze badania mówią, że tylko częściowo jest to prawda. Oprócz dużej podaży pyłku ważna jest również jego jakość, czyli odpowiedni skład chemiczny związany nie tylko z obecnością w pyłku potrzebnych pszczołom substancji, ale też z odpowiednią ich proporcją! Pszczołom, tak samo jak innym zwierzętom, nie wystarcza pokarm wysokobiałkowy czy wysokoenergetyczny. Bilansowanie diety wymaga dobrania optymalnych stężeń wielu składników ważnych dla funkcjonowania poszczególnych tkanek, organów i systemów tworzących organizm. Można dojść do wniosku, że z jednej strony nauka dostarcza nam nowych odpowiedzi i ułatwia życie. Z drugiej jednak wnioski badań bywają frustrujące. Możemy się żachnąć: to już nie wystarczy po prostu sadzić roślin!? Jednak zdrowy rozsądek podpowiada, że przecież „po prostu sadząc rośliny”, a nie wiedząc, co te rośliny oferują pszczołom, nie tworzymy optymalnej bazy pokarmowej. Jednocześnie zwracamy uwagę na to, jaki pokarm podajemy naszym własnym dzieciom albo hodowanym przez nas zwierzętom! Wnioski płynące z przytoczonych artykułów ostatecznie pomogą nam zapewnić lepsze środowisko dla życia pszczół.

Bardzo dziękuję dr Zuzannie Filipiak za udostępnienie materiałów, które pomogły mi pokrótce przedstawić temat stechiometrii u pszczół.

Martyna Walerowicz

Konsultacja:
dr Zuzanna Filipiak
Instytut Ochrony Przyrody PAN

1 - Mol (skrót od molekuła) – podstawowa w układzie SI jednostka liczności materii o symbolu (oznaczeniu) mol. Jeden mol zawiera dokładnie 6,02214076 × 1023 obiektów elementarnych. Liczba ta jest nazywana liczbą Avogadra.

2 - Więcej na ten temat przeczytasz w artykule pt. „Pszczoły na gnoju” na 107

Zamów prenumeratę czasopisma "Pasieka"