2024 年 PNAS 揭示攜帶花蜜的飛行蜜蜂通過能量代謝調(diào)整表現(xiàn)出非凡的耐熱性

由于氣候變化，熱浪變得越來越普遍，因此識別和了解蜜蜂等昆蟲傳粉媒介避免過熱的能力至關(guān)重要。近期懷俄明大學(xué)（University of Wyoming）的科研人員研究了炎熱干燥的空氣溫度對蜜蜂在攜帶花蜜負(fù)載飛行時的生理和行為機制的影響，以評估過熱或干燥如何限制蜜蜂 

實驗利用SSI昆蟲呼吸代謝系統(tǒng)測量了三種不同氣溫（20、30和40℃）下攜帶花蜜負(fù)載的蜜蜂的飛行肌肉溫度、飛行代謝率和水分流失率，并在25和40℃的氣溫下通過高速視頻測量了翅膀運動學(xué)。之后作者使用這些數(shù)據(jù)和先前的文獻(xiàn)來模擬蜜蜂飛行的熱量限制。

圖1 氣溫和花蜜負(fù)載對蜜蜂（A）飛行肌肉溫度和（B）代謝率的影響，沒有發(fā)現(xiàn)氣溫和花蜜負(fù)荷對飛行代謝率有顯著的交互作用（LMM：n=141，df=2，χ²=2.3，P=0.32）。在20℃和30℃的氣溫下飛行的蜜蜂的代謝率隨著花蜜負(fù)荷的增加而增加，斜率非常相似（圖1B;LM：20℃：斜率=0.38，下限95%=0.16，上限95%=0.61;30℃：斜率=0.36，下限95%=0.17，上限95%=0.56）。然而在40℃氣溫下，飛行代謝率不受花蜜負(fù)荷的顯著影響（LM：40℃：斜率=0.18，下95%=-0.01，上95%=0.37;圖1B），平均飛行代謝率明顯低于在20和30℃氣溫下觀察到的（LMM：n=141，df=2，χ²=80.2，P<0.0001;圖 1B）。飛行代謝率在整個質(zhì)量范圍內(nèi)增加了約30%（圖1B），負(fù)荷的影響解釋了22和20℃空氣溫度蜜蜂飛行代謝率變化的30%。

圖2 不同溫度下蜜蜂的水分流失速率，在40℃時，蜜蜂的水分流失率隨著花蜜負(fù)荷的增加而增加，但在20或30℃的氣溫下沒有增加。總體重是蜜蜂的質(zhì)量加上它攜帶的花蜜負(fù)荷。每個點代表一只單獨測量的蜜蜂。回歸線及其相應(yīng)的95%置信限表示總質(zhì)量對水流失率的統(tǒng)計學(xué)顯著影響。

圖3 飛行肌肉溫度對負(fù)載和卸載飛行蜜蜂代謝產(chǎn)熱和蒸發(fā)熱損失的交互作用，數(shù)據(jù)匯總了所有外部空氣溫度。每個點代表一只單獨測量的蜜蜂。

總的研究結(jié)果表明，在20或30℃的空氣溫度下，飛行肌肉溫度隨著負(fù)載質(zhì)量的增加而線性增加，但值得注意的是，在40℃的空氣溫度下，隨著花蜜負(fù)荷的增加，飛行肌肉溫度沒有變化。飛行的、充滿花蜜的蜜蜂能夠通過降低飛行代謝率和增加蒸發(fā)冷卻來避免在40℃時過熱。在高體溫下，蜜蜂通過降低翅膀拍動頻率和增加行程幅度來補償飛行效率，從而減少對蒸發(fā)冷卻的需求。然而，即使代謝熱量產(chǎn)生減少，干燥也可能限制在遠(yuǎn)低于蜜蜂在炎熱干燥條件下的臨界熱最大值的溫度下覓食，從而損害蜜蜂提供的關(guān)鍵授粉服務(wù)。

參考文獻(xiàn)：

Glass, R. J., et.al. (2024) Flying, nectar-loaded honey bees conserve water and improve heat tolerance by reducing wingbeat frequency and metabolic heat production. Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS). 

易科泰生態(tài)技術(shù)公司積十幾年動物能量代謝測量技術(shù)研究服務(wù)經(jīng)驗，與美國Sable等國際能量代謝技術(shù)公司合作，為國內(nèi)動物學(xué)、動物科學(xué)、生物醫(yī)學(xué)等客戶提供全面精準(zhǔn)技術(shù)方案：

1) 果蠅等昆蟲能量代謝測量技術(shù)

2) EcoTech昆蟲高通量呼吸代謝測量技術(shù)

3) 大鼠、小鼠等實驗動物能量代謝測量技術(shù)

4) 靈長類能量代謝測量技術(shù)

5) 斑馬魚能量代謝測量技術(shù)

6) 人體能量代謝測量技術(shù)

7) 動物活動與生理指標(biāo)（體溫、心率等）監(jiān)測技術(shù)

8) 測量參數(shù)包括：氧氣消耗量（VO2）、二氧化碳產(chǎn)量（VCO2）、呼吸交換速率（RER）、能耗（EE，包括REE、AEE、TEE等）、熱傳導(dǎo)速率（Ct）、日代謝率（DEE）、最大代謝率（MRmax）、呼吸水分喪失（EWL）、能耗效率、EWL/RMR(表示肺的氧氣攝取能力)等等。