Die Körpermasse der Bienen, Krankheitserreger und das lokale Klima beeinflussen die Hitzetoleranz

Wie gut Bienen Temperaturextreme vertragen, könnte ihre Fähigkeit, in einem sich ändernden Klima zu überleben, bestimmen. Da die Hitzetoleranz jedoch zwischen und innerhalb der Populationen variiert, untersuchte ein Forschungsteam unter der Leitung von Entomologen aus Penn State die physischen Merkmale der Bienen – etwa geschlechtsspezifische Unterschiede in der Körpermasse –, um zu verstehen, wie diese Merkmale mit Umweltbedingungen, Krankheitserregern und anderen Faktoren interagieren.

In einem Studie kürzlich veröffentlicht in Ökologie und Evolutionmaßen die Forscher die Körpermasse, das lokale Klima und die Krankheitserregerintensität, um zu beurteilen, wie diese Faktoren die Hitzetoleranz und ihre Variation auf Populationsebene bei Individuen der Art Xenoglossa pruinosa, allgemein bekannt als die Graue Kürbisbiene, beeinflussen. Sie fanden heraus, dass die Variation der Hitzetoleranz von Größe, Geschlecht und Infektionsstatus der Bienen beeinflusst wurde.

„Kleinkörperige, ektotherme – oder kaltblütige – Insekten gelten als äußerst anfällig für Klimaveränderungen, da ihre Fähigkeit, die richtige Körpertemperatur aufrechtzuerhalten, von äußeren Bedingungen abhängt“, sagte Studienautorin Laura Jones, die die Forschung als Doktorandin leitete Er promovierte in Ökologie an der Penn State University und ist jetzt Postdoktorand an der University of Texas in Austin.

„Zu verstehen, wie Organismen Temperaturextreme tolerieren, ist entscheidend für die Einschätzung der Bedrohung, die der Klimawandel für die Verbreitung und den Fortbestand der Arten darstellt.“

Jones stellte fest, dass das Interesse an der Untersuchung der Hitzetoleranz und Akklimatisierungsfähigkeit von Ektothermen angesichts sich ändernder abiotischer Bedingungen wie der Umgebungstemperatur wächst.

„Aber nur wenige Studien haben biotische Auswirkungen, wie z. B. eine Infektion mit Krankheitserregern, auf die thermische Toleranz in natürlichen Populationen in Kombination mit abiotischen Faktoren untersucht“, erklärte sie. „Darüber hinaus können körperliche Merkmale wie die Körpergröße oder der Fettgehalt die Temperaturtoleranz von Organismen beeinflussen. Daher ist es wichtig, bei der Bewertung der Hitzetoleranz von Populationen den individuellen Zustand sowie die abiotischen und biotischen Faktoren zu berücksichtigen, denen Einzelpersonen in natürlichen Umgebungen ausgesetzt sind.“ .“

Als Bestäuber von Kürbisgewächsen wie Kürbis und Kürbis ist die Graue Kürbisbiene eine Einzelgängerart, die nach Angaben der Forscher Geschlechtsunterschiede in Physiologie und Verhalten aufweist. Weibchen sind größer als Männchen und sammeln morgens bis mittags Pollen für den Nachwuchs. Die Weibchen nisten unter der Erde, was sie vor Schwankungen der Lufttemperatur schützt, obwohl die Bodenbeschaffenheit den Grad der thermischen Pufferung beeinflussen kann, da sandige Böden eine geringere Wärmekapazität haben.

Im Gegensatz dazu sind die Männchen kleiner, suchen nur nach Nektar und schützen sich vor der Hitze, indem sie sich in verwelkte Blüten zurückziehen, nachdem sie mit der Nahrungssuche mittags fertig sind. Daher sind Männchen tagsüber und nachts variableren Umgebungstemperaturen ausgesetzt als Weibchen.

Die Forscher stellten die Hypothese auf, dass die Hitzetoleranz der Bienen mit der Körpergröße zunimmt; dass die Hitzetoleranz bei Männern mit der Umgebungstemperatur über dem Boden zunimmt, während die Hitzetoleranz bei Frauen mit sandigeren Böden zunimmt; und dass eine Parasiteninfektion die Hitzetoleranz verringern würde.

Um diese Hypothesen zu testen, sammelten die Forscher Kürbisbienen an 14 Standorten in ganz Pennsylvania, die sich in der Durchschnittstemperatur, dem Niederschlag und der Bodenbeschaffenheit unterschieden. Sie maßen das kritische thermische Maximum von Individuen – die Temperatur, oberhalb derer ein Organismus nicht funktionieren kann – als Indikator für die Hitzetoleranz und bestimmten die relative Intensität von drei Parasitengruppen: protozoische Parasiten-Trypanosomen, bakterielle Pathogene Spiroplasma apis und mikrosporidische Parasiten Vairimorpha apis.

Das Team fand heraus, dass Körpergröße, Umgebungstemperatur und Parasiteninfektion kontext- und geschlechtsabhängige Auswirkungen auf die Hitzetoleranz von Kürbisbienen haben.

„Obwohl beide Geschlechter eine positive Korrelation zwischen Hitzetoleranz und Größe zeigten, veränderten sich bei männlichen Kürbisbienen ihr kritisches thermisches Maximum pro Körpermasseeinheit stärker als bei Weibchen, was darauf hindeutet, dass es möglicherweise ein anderes biologisches Merkmal gibt, das den Einfluss der Körpermasse auf die Hitzetoleranz beeinflusst.“ das unterscheidet sich zwischen den Geschlechtern“, sagte die Mitautorin der Studie, Margarita López-Uribe, außerordentliche Professorin für Entomologie und Lorenzo L. Langstroth Early Career Professor am Penn State’s College of Agricultural Sciences.

Die Studie ergab, dass die durchschnittliche Tageshöchsttemperatur, der Niederschlag und die Bodenbeschaffenheit kein kritisches thermisches Maximum vorhersagten. Die Ergebnisse zeigten jedoch, dass dort, wo die durchschnittlichen Höchsttemperaturen am höchsten waren, die Schwankung der Hitzetoleranz zwischen den einzelnen Personen geringer war, was darauf hindeutet, dass extreme Temperaturen Personen mit hohen und niedrigen kritischen thermischen Maxima „herausgefiltert“ haben, sagten die Forscher.

„Viele Bienenarten können ihre Körpertemperatur unabhängig von den Umgebungstemperaturbedingungen aktiv steuern und so möglicherweise die Auswirkungen von Temperaturextremen abmildern“, sagte Co-Autor Rudolf Schilder, außerordentlicher Professor für Entomologie und Biologie am College of Agricultural Sciences und am Eberly College of Science . „Aber ob Kürbisbienen ein solches Verhalten an den Tag legen, ist unbekannt.“

Von den drei gemessenen Parasiten beeinflussten nur Trypanosomen die Hitzetoleranz – und das auch nur bei weiblichen Kürbisbienen.

„Diese Auswirkung einer Parasiteninfektion auf die thermische Toleranz von Frauen ist besonders besorgniserregend, da das Bevölkerungswachstum von der weiblichen Fruchtbarkeit abhängt und Frauen in der Regel bereits weniger häufig vorkommen als Männer“, sagte López-Uribe.

Insgesamt, so Jones, trage die Studie zu zunehmenden Belegen dafür bei, dass die Fähigkeit kleinwüchsiger Wirbelloser, ihre Hitzetoleranz an die lokalen Klimabedingungen anzupassen oder zu akklimatisieren, begrenzt sei und von mehreren Faktoren abhängt.

„Vor diesem Hintergrund ist es von entscheidender Bedeutung, die Populationen zu identifizieren, die in zukünftigen Klimaszenarien gefährdet sind“, sagte sie. „Wir schlagen vor, dass zukünftige Forschungen die thermischen Toleranzen von Populationen im gesamten Verbreitungsgebiet einer Art bewerten, um diejenigen zu identifizieren, die am stärksten vom lokalen Aussterben bedroht sind.“