Trzmiele w kolonii laboratoryjnej. Leifa Richardsona, CC BY-NC-ND

Szukaj informacji na temat „samoleczenia”, a prawdopodobnie znajdziesz opisy niezliczonych sposobów, w jakie my, ludzie, używamy narkotyków do rozwiązywania problemów. W rzeczywistości konsumpcja biologicznie aktywnych cząsteczek – z których wiele pochodzi z roślin – w celu zmiany naszego ciała i umysłu wydaje się typowo ludzką cechą.

Ale rośliny również zajmują ważne miejsce w diecie wielu zwierząt. Rosnąca wyniki badań sugeruje, że niektóre zwierzęta mogą czerpać korzyści lecznicze z chemii roślin, a być może nawet szukają tych chemikaliów, gdy są chore. Szympansy jedzą określone liście które mają właściwości zabijające pasożyty. Zaobserwowano słonie w ciąży jedzenie materiału roślinnego z drzew, których ludzie używają do wywoływania porodu. Być może widziałeś nawet, jak twój pies lub kot jedzą trawę – która nie zapewnia im pożywienia – co uważa się za próbę samoleczenia nudności poprzez wywoływanie wymiotów.

W swoich badaniach przyglądałem się, w jaki sposób te rodzaje związków biologicznie czynnych wpływają na trzmiele. Wraz z kolegami odkryłem, że pewne substancje roślinne naturalnie obecne w nektarze i pyłku mogą być korzystne dla pszczół zakażonych patogenami. Pszczoły mogą nawet zmienić swoje zachowanie żerowania po zakażeniu, aby zmaksymalizować gromadzenie tych chemikaliów. Czy naturalnie występujące w kwiatach substancje chemiczne roślinne mogą stanowić część rozwiązania niepokojącego spadku liczby dzikich i utrzymywanych pszczół?

Dlaczego rośliny wytwarzają te chemikalia?

Oprócz związków wytwarzanych przez rośliny do wykonywania „pierwotnych” zadań fotosyntezy, wzrostu i reprodukcji, rośliny syntetyzują również tak zwane wtórne związki metabolitów. Te molekuły mają wiele celów, ale głównym z nich jest obrona. Te substancje chemiczne sprawiają, że liście i inne tkanki są niesmaczne lub toksyczne dla roślinożerców, które w przeciwnym razie by się rozgryzły.

Wiele badania koewolucji skupiają się na interakcjach roślinożernych za pośrednictwem chemii roślin. "Wyścig zbrojeń" między roślinami a roślinożercami trwał przez długi czas. Roślinożercy przystosowali się do tolerowania toksycznych roślin, a nawet specjalizacji w nich, podczas gdy rośliny wydają się wyewoluować nowe toksyny, aby wyprzedzić swoich konsumentów.

W przypadku larw monarchy trojeść bagienna jest zarówno szafką kuchenną, jak i apteczką. Leifie Richardsonie, CC BY-NC-ND

Roślinożercy mogą odczuć korzyści, koszty lub połączenie obu, gdy spożywają wtórne metabolity roślin. Na przykład larwy motyla monarcha są wyspecjalizowanymi roślinożercami trojeści, które zawierają toksyczne steroidy zwane kardenolidami. Podczas gdy monarchowie selektywnie koncentruj kardenolidy we własnych ciałach jako obrona przed drapieżnikami, takimi jak ptaki, mogą również cierpieć z powodu spowolnienia tempa wzrostu i zwiększonego ryzyka śmiertelności w wyniku narażenia na te toksyczne związki.

Co ciekawe, metabolity wtórne znajdują się nie tylko w liściach. Są również obecne w tkankach, których widoczną funkcją jest raczej przyciąganie niż odpychanie – w tym owoce i kwiaty. Na przykład od dawna wiadomo, że nektar kwiatowy zwykle zawiera metabolity wtórne, w tym aminokwasy niebiałkowe, alkaloidy, fenole, glikozydy i terpenoidy. Jednak niewiele wiadomo o tym, jak i czy te substancje chemiczne wpływają na owady zapylające, takie jak pszczoły.

Czy metabolity wtórne mogą wpływać na interakcje roślin z zapylaczami, tak jak wpływają na interakcje z roślinożernymi konsumentami tkanki liściowej? Podobnie jak w przypadku innych roślinożerców, czy pszczoły również mogą skorzystać na spożywaniu tych związków roślinnych? Czy spożycie metabolitów wtórnych może pomóc pszczołom w radzeniu sobie z pasożytami i patogenami związanymi z upadkiem pszczół dzikich i pszczół hodowlanych?

Związki roślinne zmniejszają ilość pasożytów u pszczół

Z kolegami w laboratoriach Rebeka Irwin w Dartmouth College i Lynna Adlera na University of Massachusetts, Amherst, zbadałem te pytania w ciągu kilku Nowe badania. Odkryliśmy, że strukturalnie zróżnicowany zestaw roślinnych związków metabolitów wtórnych występujących w nektarze kwiatowym może zmniejszyć obciążenie pasożytami u trzmieli.

W warunkach laboratoryjnych zaraziliśmy trzmiela zwyczajnego (Bombus niecierpek) z pierwotniakowym pasożytem jelitowym, Crithidia Bombi, o którym wiadomo, że zmniejsza długowieczność i sukces reprodukcyjny trzmieli. Następnie codziennie karmiliśmy pszczoły albo kontrolną dietą nektarową zawierającą tylko sacharozę, albo jedną z ośmiu wtórnych związków metabolitów, które naturalnie występują w nektarze roślin odwiedzanych przez trzmiele na wolności.

Po tygodniu policzyliśmy komórki pasożytnicze w jelitach pszczół. Ogólnie rzecz biorąc, dieta zawierająca metabolity wtórne znacznie zmniejszyła obciążenie pszczół chorobami. Połowa związków sama miała statystycznie istotny wpływ. Związkiem o najsilniejszym działaniu była alkaloid tytoniowy anabazyna, która zmniejszyła obciążenie pasożytami o ponad 80%; Inne związki, które chroniły pszczoły przed pasożytami, obejmowały inny alkaloid tytoniu, nikotynę, tymol terpenoidowy, występujący w nektarze lipy, oraz catalpol, glikozyd irydoidalny występujący w nektarze żółwi, roślin bagiennych we wschodniej Ameryce Północnej.

Spodziewaliśmy się, że pszczoły mogą również ponosić koszty, gdy spożywają te związki. Ale odkryliśmy, że żadna z substancji chemicznych nie miała wpływu na długowieczność pszczół. Anabazyna, związek o najsilniejszych właściwościach przeciwpasożytniczych, nałożyła koszty na reprodukcję, zwiększając liczbę dni potrzebnych do dojrzewania pszczół i składania jaj. Jednak pomimo tego opóźnienia w naszym eksperymencie nie było różnic w ostatecznej wydajności reprodukcyjnej.

Badania te wyraźnie pokazują, że dzikie pszczoły mogą odnieść korzyści, spożywając wtórne metabolity naturalnie obecne w nektarze kwiatowym. Dożywotnia ekspozycja pszczół na te związki jest prawdopodobnie jeszcze większa, ponieważ spożywają je również w pyłku i w postaci larw.

W innych badaniach odkryliśmy dowody na to, że niektóre związki o działaniu przeciwpasożytniczym są poszukiwane przez pszczoły, gdy mają pasożyty, ale nie, gdy są zdrowe. Przynajmniej w niektórych kontekstach – w tym w eksperymencie polowym na dzikich pszczołach naturalnie zakażonych Crithidia Bombi – trzmiele dokonują wyborów związanych z żerowaniem w odpowiedzi na status pasożyta, podobnie jak inne zwierzęta samoleczące.

Recepta na walczące populacje pszczół?

A co z praktycznymi zastosowaniami: czy te badania można wykorzystać, aby pomóc w zmniejszaniu populacji pszczół? Jeszcze nie wiemy. Jednak nasze odkrycia sugerują kilka interesujących pytań dotyczących zarządzania krajobrazem, ogrodnictwa siedliskowego zapylaczy i praktyk rolniczych.

W przyszłych pracach planujemy zbadać, czy sadzenie określonych roślin wokół pasiek i gospodarstw przyniosłoby zdrowsze populacje pszczół. Czy rodzime rośliny są ważnym źródłem związków leczniczych dla pszczół, z którymi dzielą długą historię ewolucyjną? Czy farmy, które polegają na zapylaczach dzikich pszczół w dostarczaniu „usługi ekosystemowej” zapylania, mogą być lepiej zarządzane, aby wspierać zdrowie pszczół?

Dostarczanie wtórnych metabolitów nektaru i pyłku chorym pszczołom prawdopodobnie nie jest jedynym narzędziem niezbędnym do promowania długoterminowego zrównoważenia tych ważnych ekologicznie i ekonomicznie zwierząt. Ale wydaje się, że może to być przynajmniej część rozwiązania. Rolnictwo może zatoczyć koło, uznając, że aby skorzystać z usługi ekosystemowej dostarczanej przez dzikie zwierzęta, musimy wziąć pod uwagę ich wymagania siedliskowe.

Ten artykuł został pierwotnie opublikowany w Konwersacje.
Czytaj oryginalny artykuł.

O autorze

Leif Richardson jest pracownikiem naukowym podoktoranckim Narodowego Instytutu Żywności i Rolnictwa USDA w Uniwersytet Vermont. Zajmuje się interakcjami wielogatunkowymi skupionymi wokół roślin i ich zapylaczy, zwłaszcza pszczół. Bada, w jaki sposób chemia roślin wpływa na dzikie zapylacze borówki komercyjnej oraz jak interakcje roślin z grzybami mikoryzowymi wpływają na zdrowie pszczół. Innym zainteresowaniem badawczym jest wykorzystanie danych okazów muzealnych do badania wzorców zanikania gatunków trzmieli z Ameryki Północnej i Europy. Odwiedź jego stronę internetową: www.leifrichardson.org/

Książka współautorstwa Leifa Richardsona:

{amazonWS: searchindex=Książki;słowa kluczowe=0691152225;maxresults=1}