Биологи впервые выяснили, как пестициды изменяют поведение целых колоний опылителей
Вымирание опылителей во всём мире достигло угрожающих масштабов: только популяция пчёл сокращается ежегодно на тысячи и десятки тысяч особей, что в будущем может привести к глобальной экологической катастрофе.
Исследователи установили, что наибольший вред опылителям наносят пестициды. Их применяют для борьбы с сельскохозяйственными паразитами и переносчиками вирусных инфекций растений, но страдают при этом и "полезные" насекомые.
Наибольшую угрозу для пчёл и других опылителей сегодня представляют неоникотиноиды. Это класс органических веществ, которые являются нейротоксинами. Большое количество неоникотиноидов попадает в цветочную пыльцу и нектар, а затем в организм опылителя. При этом инсектицид повреждает его память, а также влияет на способности по сбору пыльцы и нектара. В итоге насекомые вымирают целыми колониями.
Однако ранее учёным не было известно, каким образом нейротоксины влияют на работоспособность колоний пчёл и шмелей. Выяснить это помогла инновационная технология слежения, которую разработали специалисты из Гарвардского университета.
Оказалось, что неоникотиноиды наносят насекомым гораздо более существенный ущерб, чем предполагалось. Токсичное соединение, в частности, изменяет поведение пчёл, из-за чего они перестают заботиться о потомстве. Кроме того, химикат затрудняет регулирование температуры в гнезде, а этот фактор также играет немаловажную роль в жизни опылителей.
Авторы работы поясняют, что до сих пор лабораторные исследования позволяли выявлять те или иные повреждения, которые пестициды наносят отдельным особям. Отследить изменения, происходящие в колонии, и понять их природу оказалось намного сложнее, ведь такой "суперорганизм" насчитывает сотни и тысячи насекомых.
К тому же есть ряд факторов, которые могут искажать результаты наблюдений в естественных условиях. Это, к примеру, погода, болезни насекомых, цветочное разнообразие конкретной местности и так далее.
Как отмечает глава научной группы биолог Джеймс Кролл (James Crall), очевидно, что изучить поведение всей колонии возможно лишь при помощи визуальных наблюдений.
Ранее для этих целей исследователи наносили на тельца насекомых цветные метки, а затем чуть ли не покадрово изучали каждое полученное видео, наблюдая за той или иной особью. Но такой процесс невероятно трудоёмкий.
"Сложно наблюдать за [опылителями] даже в течение пятиминутного видео. Следить же за несколькими колониями в течение многих дней [таким образом] невозможно", — поясняет Кролл.
Поэтому его команда решила использовать специальное программное обеспечение. Исследователи усовершенствовали роботизированное оборудование, которое ранее использовалось для наблюдения за плодовыми мушками. Они создали передвижную платформу, оснащённую двумя камерами высокого разрешения с технологией компьютерного зрения.
Эти камеры помогли учёным непрерывно "шпионить" за колониями шмелей, которым предварительно прикрепили на спины метки с упрощённым QR-кодом размером три на четыре миллиметра. Устройства фиксировали движение не самого насекомого, а уникальных меток, и передавали данные на компьютеры для дальнейшего анализа.
Биологи поясняют, что выбрали шмелей, поскольку работать с ними легче, чем с медоносными пчёлами. Во-первых, их колонии содержат сотни, а не тысячи особей, а во-вторых, шмели могут "собирать урожай" в относительно ограниченном пространстве, тогда как пчёлы привыкли совершать более длительные перелёты.
Специалисты сконструировали для шмелей имитацию гнёзд, а также пространство для кормления. Девять колоний стали экспериментальными и ещё три – контрольными. Шмели из первой группы кормились сахарным сиропом с добавлением неоникотиноида под названием имидаклоприд. Насекомых ни в чём не ограничивали: они могли питаться, когда захотят и сколько захотят.
Второй группе достался нектар без токсичной "приправы".
Эксперимент продлился в течение 12 дней, и за это время общий уровень активности и социального взаимодействия опылителей из первой группы заметно снизился. Кроме того, в то время как шмели из контрольной группы проводили около 25% ночного времени, заботясь о своём потомстве, их сородичи, употреблявшие пестицид, тратили на это лишь 20% времени. Команда отмечает, что по ночам шмели из первой группы были вялыми и апатичными.
В другом эксперименте Кролл и его коллеги при помощи температурных датчиков выяснили, что имидаклоприд негативным образом влияет на способность колонии к терморегуляции (ранее мы подробно рассказывали, как насекомые контролируют температуру внутри гнезда).
Кроме того, дополнительные тесты показали, что инсектицид ослабляет способность шмелей создавать так называемые элементы изоляции из воска, которые также необходимы для поддержания нужной температуры внутри гнезда.
Подобное воздействие может пагубно сказаться на личинках, ведь в их развитии температура играет важную роль, поясняют эксперты.
"Это потомство – их будущее. Если насекомые не позаботятся о нём, то есть вероятность того, что это повлияет на всю колонию", — отметил Ричард Гилл (Richard Gill), эколог из Имперского колледжа Лондона, который не принимал участия в работе.
Для социальных насекомых, которые функционируют как "суперорганизм", невероятно важна слаженность и систематизированность работы. Даже один сбой может нарушить функционирование всего "механизма". В данном случае таких сбоев наблюдается несколько, а это означает, что воздействие пестицидов, вероятнее всего, остановит рост экспериментальной колонии и в конечном итоге погубит её, поясняют специалисты.
В дальнейшем команда Кролла намерена разработать новые инструменты для наблюдений за колониями опылителей, чтобы ещё подробнее изучить воздействие различных химикатов и других факторов стресса на работоспособность и выживаемость насекомых.
Кроме того, исследователи отмечают, что жизнь опылителей очень сильно зависит от циркадных ритмов. Снижение их активности по ночам может свидетельствовать о нарушении в работе некоторых генов, отвечающих за "настройку внутренних часов" организма, что вызывает поведенческие и физиологические изменения. Эти эффекты учёные также намерены изучить более внимательно.
Научная статья по итогам этой работы была опубликована в журнале Science.
Напомним, что ранее учёные признали световое загрязнение новой угрозой для опылителей, а для спасения от пестицидов предложили использовать светотерпию.
Также авторы проекта "Вести.Наука" (nauka.vesti.ru) писали об особых дронах, которые могут взять на себя обязанности по опылению растений.
