Zemědělská biologie: 2-2008 Jeskov

Termovizní metoda v hnízdech zimujících včelstev (Apis mellifera L.) studoval vztah mezi hustotou lokalizace včel a rozložením tepelných polí. Byla zjišťována tělesná teplota včel umístěných na periferii shluků v mezibuněčných prostorech. Byla objevena sezónní variabilita v reakci zimujících včel na výkyvy vnější teploty.

Klíčová slova: včely, teplo, termokamera, tepelné centrum, tepelné toky, hnízdo.

Klíčová slova: včely, teplo, termovize, tepelné centrum, tepelné proudění, hnízdo.

Je známo, že včela medonosná bez schopnosti diapauzy je schopna přežít dlouhou zimu v chladném a mírném podnebí. Zimující včely se sníženou pohybovou aktivitou udržují teplotu nad prahem chladové torposti díky agregaci v mezibuněčných prostorech hnízda a regulaci teploty (1, 2). Informace o dynamice tepelných procesů v hnízdech včelích rodin jsou relevantní pro pochopení mechanismů termoregulace, které využívají, a pro vývoj způsobů optimalizace zimování. Dosavadní chápání teplotních procesů v hnízdech zimujících včel je založeno především na výsledcích lokálního měření teploty pomocí různých typů bodových teploměrů (termočlánky, termistory, tepelné odpory) umístěných v úlech (2-5). Tyto metody však neumožňují analyzovat celý soubor tepelných procesů ve včelím hnízdě, měřit teplotu jednotlivého jedince, sledovat jeho reakci na změny vnější teploty a redistribuci vnitřních tepelných toků, ani určit individuální příspěvek k regulace teplotního režimu v úlu.
Účelem této práce bylo studium tepelných procesů v hnízdech včelích rodin na základě intenzity infračerveného záření včel s důrazem na analýzu rozložení tepelných toků a zahřívání včel během různých období zimování v závislosti na kolísání vnější teploty. .
Metodologie. Studie byla provedena na včelstvech 8,2-20 tisíc dělnic (ApismelliferaL.) v každé (hmotnost 10 tisíc včel – přibližně 1 kg). Kolonie byly drženy ve venkovních polykarbonátových úlech. Voštinové rámy v úlech byly spojeny dohromady způsobem typu kniha, aby se usnadnil přístup do různých oblastí hnízda. Úly měly odnímatelné přední a boční stěny.
Pro záznam infračerveného záření včel byly použity termokamery IRTIS-2000 (Rusko) a ThermaCam SC3000 (ThermaCam, USA), první s vysokou teplotou (0,05 °C), druhá s vysokým prostorovým (1,1 mrad) rozlišením, které umožnilo s vysokou přesností řídit teplotu jednotlivých jedinců a rozložení tepelných toků po povrchu včelího chumáče. Doba trvání každé relace tepelného zobrazování nepřesáhla 5-6 s; přepočítací faktor pro indikátory teploty jasu na reálné hodnoty je 1,01.
výsledky. Podzimní mrazy podnítily shlukování včel kolem zóny maximálního ohřevu (tepelného centra). Zpočátku to může být místo, kde včely dokončí svůj vývoj v otevřených nebo uzavřených buňkách. Umístění včel ovlivnilo i umístění vchodu, protože je přitahuje vzduch a případně světlo, které jím proniká (včely spojují začátek a konec letů s osvětlením vstupního prostoru na jaře). letní období). Proto je od podzimu pozorován posun mezibuněčných akumulací směrem ke vchodu (obr. 1).

* Práce byla podpořena Ruskou nadací pro základní výzkum, projekt č. 07-04-00305.

Rýže. 1. Pohled shora (vlevo, odjet) a infračervený termogram (napravo) nadrámkový prostor včelstva. Hmotnost rodiny je 1,8 kg, okolní teplota -3 °C.

Analýza termovizních termogramů odhalila nepřítomnost jasně definované stabilní distribuce tepla uvnitř hnízda, která je obvykle reprezentována ve formě izoterm. Střídání období klidu a aktivního stavu (vývoj tepla) výrazně změnilo teplotní režim na různých místech shlukování včel (obr. 2). Pohyb jedinců uvnitř shluku navíc vytvářel tepelné toky, které vedly k lokálním změnám tepelných procesů. Zároveň s poklesem vnější teploty vzrostl počet aktivních včel přímo na spodní ploše mezibuněčného shluku.

Obr. 2. Termogramy odrážející změny tepelných polí v zimní koncentraci včel během střídání období klidu (vlevo, odjet) a tepelné generování (napravo).

Zahřívání různých částí těla včel umístěných na periferii shluku záviselo na umístění jedince a vnější teplotě. Při kolísání od -1 do -13 °C byla nejvyšší teplota nejčastěji zaznamenána v hrudní oblasti, průměrná hodnota se však od ukazatelů pro oblast břicha a hlavy lišila o desetiny stupně (ne více než 1 °C ). Průměrné hodnoty tělesné teploty včel umístěných v dolní a horní části mezibuněčných shluků se výrazně lišily (asi dvakrát).
S poklesem vnější teploty se měnila tělesná teplota včel umístěných na periferii shluků: při vnější teplotě -1 °C u 176 jedinců z horní části shluků dosahovala v průměru 22,4 ± 2,4, ve spodní části. – 12,8 ± 3,1 °C. Snížení venkovní teploty na -13 °C mělo za následek zvýšení zahřívání včel v horní části shluku v průměru o 1,2, ve spodní – o 1,9 °C (P ³ 0,99).
Největší vliv na vytápění termálního centra měly výkyvy venkovní teploty během zimování. Teplota v něm, klesající od začátku do konce zimování, se měnila v závislosti na velikosti včelstva. Při velikosti rodiny asi 20 tisíc včel na začátku zimování tedy kolísání teplot v tepelném centru dosáhlo 2,5. 2,7, na konci – 1,0. 1,6 °C. Korelační koeficient mezi změnami vnější teploty z -17 na +11 °C a vytápěním tepelného centra se odpovídajícím způsobem snížil z -0,81±0,10 na -0,13±0,04. V rodinách obsahujících asi 10 tisíc včel byl tento vztah slabší a byl zaznamenán pouze na začátku zimování (korelační koeficient -0,36 ± 0,12).
Rozmístění včel v přilehlých mezibuněčných prostorech na začátku období zimování záviselo na vnější teplotě a počtu jedinců v hnízdě. Hustota agregace, při zachování všech ostatních podmínek během přirozeného zimování, byla maximální na spodním povrchu agregace a klesala s přibližováním se k tepelnému středu (zóna maximálního ohřevu). Zóna nad tepelným středem se vyznačovala poměrně nízkou hustotou, což souvisí s jejím ohřevem vzestupnými tepelnými toky z nejteplejší části hnízda.
Teplotní gradienty od tepelného středu k horní a dolní hranici včelího shluku se výrazně lišily v absolutních hodnotách a variabilitě: od středu nahoru se ukazatele mírně měnily (rozdíl během zimování nepřesáhl 12 ° C), dolů – neustále měnící se, lišící se o 24. 28 °C . Při -20. -18 °C byl rozdíl mezi vnější teplotou a tělesnou teplotou včel ze spodní části shluku udržován ve stejných mezích.
Rozbor termogramů tepelných toků včelstev (8,2-19,5 tis. jedinců) umožnil identifikovat limity kolísání vnější teploty, které nemají zásadní vliv na tepelné ztráty ve shluku. Bylo zjištěno, že při teplotách od -3,0 do +8,8 °C výkon tepelného toku na 1 cm2 povrchu mezibuněčného shluku včel významně nezávisí na jejich počtu a činí 2,05-3,21½10-3 W/ cm2. To je v souladu se studiemi účinků teploty na metabolickou aktivitu měřenou spotřebou kyslíku a produkcí oxidu uhličitého (6).
Jak se ukázalo, v uvedeném teplotním rozmezí jsou včelstva obsahující 14,0 ± 5,5 tisíce včel schopna udržet požadovanou teplotu v tepelném centru při stejném tepelném zatížení každého jedince. Nárůst počtu včel ovlivnil tepelné procesy v jejich shlucích. Zejména při prudkém kolísání vnější teploty byl pozorován nárůst míry kolísání teploty v tepelném centru. Takové výkyvy v kombinaci s poklesem vnější teploty výrazně ovlivňují zvýšení tvorby tepla každou včelou, což je spojeno s další spotřebou potravy. Malé rodiny proto při nízkých teplotách umírají ne namrzáním včel (tedy krystalizací tekutých frakcí v těle), ale hladem a často dochází k úhynu, i když je v hnízdě med, ke kterému se včely nemohou přiblížit. spotřebovat zásoby medonosných plodin a v důsledku toho prohrát Toto je příležitost k zahřátí.
Celkový tepelný tok z povrchu včelích shluků umístěných v mezibuněčných prostorech tedy závisí na jeho ploše a vnější teplotě. U agregujících včel jsou náklady na energii pro podporu životně důležitých procesů nejnižší při vnějších teplotách od -3,0 do +8,8 °C. Jako indikátor adaptačního potenciálu včelstva slouží změna stupně teplotní disperze (proměnlivosti) ve shluku od začátku do konce období zimování. Vysokému stupni rozptylu na začátku zimování odpovídá větší počet možných stavů a ​​pravděpodobnost přechodu do nich, což zajišťuje volbu optimální strategie chování. Pokles šíření vnitřních teplotních výkyvů ke konci zimování odpovídá poklesu možných možností reakce na změny vnějších podmínek. Včely, vyznačující se největší aktivitou, zajišťují ohřev mezibuněčných shluků, což je spojeno s vysokými náklady na energii. U některých pasivních jedinců nacházejících se na periferii těch agregačních zón, které jsou vystaveny největšímu ochlazení, je energetický výdej minimální. Tyto včely, které mají relativně nízkou tělesnou teplotu, jsou zjevně ve stavu mělké chladné strnulosti s výrazným zpomalením metabolických procesů.

L I T E R A T U R A

1. E s ko v E.K. Mikroklima včelího domova. M., 1983.
2. E s ko v E.K. Ekologie včely medonosné. Rjazaň, 1995.
3. Zh d a n o v a T.S. Teplotní režim včelstva v zimním klidu. Včelařství, 1958, 10: 36-40.
4. Ryb o ch k i n A.F., P u s t o v a l o v S.N. Určení umístění včelího klubu na základě rozložení tepelných polí. In: Včelařství v chladném a mírném podnebí. Rohož. 2nd Int. a 4. všeruský. vědecko-praktické conf. M., 2007: 51-54.
5. Zdarma JB, S pence rB ooth G. Regulace teploty včelami. Včelí svět, 1959, 7(40): 173-177.
6. E s ko v E.K. Souvislost mezi mikroklimatem včelího domova a fyziologickým stavem jeho obyvatel a podmínkami prostředí. Zool. J., 1977, 56(6): 870-880.

Federální státní vzdělávací instituce vyššího odborného vzdělávání Ruská státní univerzita agrární korespondence,
143900 Moskevská oblast, Balashikha, st. Yu Fuchika, 1,
e-mail: [email protected]

Přijato editorem
20 ledna 2008 rok

DYNAMIKA TEPELNÝCH PROCESŮ V HNÍZDECH Z
ZIMNÍ VČELY

Metodami termovize v hnízdech zimujících včel (Apis mellifera L.) autoři studovali korelaci mezi hustotou lokalizace včel a rozložením tepelného pole. Teplota těla včel byla stanovena na okraji akumulace včel v meziplástech. Byla odhalena sezónní variabilita reakce zimujících včel na kolísání teploty prostředí.

Jsou prezentovány informace o vlivu některých abiotických faktorů na životně důležitou činnost jednoho z druhů suchozemských živočichů, a to včel medonosných, které jsou nejcitlivější a nejzranitelnější vůči znečištění životního prostředí.

Po mnoho milionů let se včela medonosná, účastnící se symbiotického vztahu rostlinného a živočišného světa, úspěšně šíří po různých přírodních a klimatických pásmech světa. Rozmanitost krajiny a meteorologických faktorů stanoviště přispěla k odhalení vysokého biopotenciálu tohoto druhu pro adaptaci na prostředí s prudkou proměnlivostí klimatických podmínek. Například čeleď včel medonosných v aktivním i pasivním období své životní činnosti zůstává neoddělitelně spjata s abiotickými faktory prostředí.

Podle výzkumníků může „standardní“ včelstvo během aktivního období nasbírat: 190–210 kg nektaru; 28–30 kg pylu; asi 48–50 dm3 vody; spotřebovat v procesu výměny živin asi 3,8–4 tisíce m3 vzduchu. Kromě toho polní včely, které opakovaně navštěvují velké množství květů entomofilních rostlin, obsluhují zelené plochy mimo okruh aktivního léta na ploše více než 200–250 hektarů. Rozhodující roli v rozšíření biotopu včel medonosných však sehrála mimo jiné skutečnost, že se v procesu evoluce společným úsilím (projev pozitivní role hromadného efektu) přizpůsobily k vytvoření a udržení mikroklimatu v plodišti. Prakticky zdravé včelstvo tak obvykle snáší pokles teploty okolního vzduchu z +40 °C na -50 °C.

Bylo také stanoveno optimální teplotní rozmezí pro vývoj včelích královen tohoto druhu, které se pohybuje v poměrně úzkém koridoru v rozmezí +34-35 °C. Stejná teplota se udržuje i v plodové zóně, která se nachází ve vzdálenosti 0,5-0,7 m od vchodu do středu hnízdního rámku. Na plodu nacházejícím se na obvodu hnízda může průměrná teplota dosáhnout 33,5 °C. Zároveň je včelí plod stejně citlivý jak na pokles teploty, tak na její zvýšení od optima. Podle výzkumníků vede překročení horní optimální teplotní hranice o +1,5 °C po celou dobu vývoje uzavřeného plodu k jeho úhynu.

Včely medonosné, jakožto poikilotermní živočichové, se efektivně přizpůsobují nízkým teplotám v mírném a chladném podnebí.

Aby toho bylo dosaženo, snižuje se procento volné vody v jejich těle, zpomalují se metabolické procesy, žlázy s vnitřní sekrecí produkují méně enzymů a ukládá se více tuků, sacharidů a glycerinu (používaného jako nemrznoucí směs). Proto rozumná volba optimální technologie včelaření pro konkrétní region do značné míry určuje efektivitu výrobních činností včelnice i včelaře. To je vysvětleno různými náklady na práci, čas a materiální zdroje na údržbu a provoz včelařských zařízení.

Specifika životní činnosti včel také určují zvláštnosti jejich interakce s různými faktory prostředí. Jejich studiem je možné pochopit fyziologické schopnosti tohoto hmyzu a posoudit jejich vliv na existenci různých biocenóz. Nejdůležitějšími faktory jsou teplota, vlhkost a světlo. Právě denní režim (fotoperiodismus) úrovně osvětlení určuje nejen sezónní dynamiku životních cyklů včel medonosných, včetně změny stavů (aktivní a pasivní období), ale také začátek a konec období rozmnožování, rojení atd. Vliv světla může být modifikován dalšími abiotickými faktory, včetně teploty a vlhkosti, které významně ovlivňují aktivitu životních procesů včel medonosných. Patří sem i doporučení pro orientaci úlů (úlů) podle světových stran, což významně ovlivňuje dobu začátku a konce letové činnosti během aktivního období včelstva.

Uvědomujíc si důležitost a význam přirozeného faktoru světla pro včelstvo, nelze si nevšimnout negativního dopadu jasných zdrojů (světelné znečištění) životního prostředí, které vedou k významným ztrátám létajících včel přitahovaných světlem výkonných lamp nočních lamp.

Takhle to bylo, nebo víceméně, dokud člověk z hlediska mutualismu nezačal zasahovat do života a prostředí včel medonosných.

V důsledku „bouřlivé“ činnosti Homo sapiens je nejen narušen potravní řetězec, ale také dochází k nenapravitelným škodám na harmonii vývoje živé přírody, ale také se rodí dravý, nezodpovědný postoj člověka k užívání jeho bohatství, ekosystém je znečištěn a ničen.

Podle zahraničních publikací mohou být biologické metody slibné pro sledování stupně znečištění ekosystémů odpady z ropného a plynárenského průmyslu, pesticidy, herbicidy, insekticidy, těžkými kovy, radionuklidy atd. V současné době probíhají práce na vytvoření efektivního systému unifikovaných objektů a biomonitorovacích indikátorů, které by umožnily řešit tento multifaktoriální problém. Mezi odborníky existuje tendence, že takovými unifikovanými objekty by mohli být zástupci skupiny hmyzu, a zejména Apis mellifera, kteří se v důsledku masového kontaktu s rostlinným světem stávají nejzranitelnějšími a nejcitlivějšími vůči znečištění životního prostředí mezi suchozemskými živočichy.

Na základě změn v hustotě osídlení včelstev, jejich biodiverzity, přítomnosti znečišťujících látek ve včelích produktech a tělech samotných včel by bylo možné posoudit environmentální situaci v konkrétním přírodním a klimatickém pásmu.

Vědci poznamenávají, že unikátní struktura fyzikálního modelu biologického objektu Apis mellifera a jeho spojení s prostředím, jeho fyziologické a biologické vlastnosti umožňují nejen monitorovat dopad znečišťujících látek v reálném čase, ale také sledovat tento proces v dynamice, analyzovat změny v obsahu technogenních znečišťujících látek v biocenózách a jednotlivých biologických objektech.

Sjednocení těchto biologických objektů spočívá také v tom, že se mohou účastnit experimentů, aniž by způsobily újmu populaci daného druhu. Je také známo, že včely se používají k sestavování map ekologicky čistých a znečištěných území, k identifikaci zdrojů znečištění konkrétního biotopu, ke sledování šíření plynných chemikálií atd. Podle údajů ze zahraničních zdrojů se včely medonosné stále častěji používají jako indikátor pro sledování znečištění životního prostředí různými chemikáliemi (fluor, síra, arsen, těžké kovy, radionuklidy).

Neméně důležité informace o znečištění životního prostředí lze získat studiem včelích produktů (med, včelí pyl, propolis), které mohou sloužit jako průměrné vzorky charakterizující úroveň znečištění oblasti v okruhu 3-4 km. Kromě toho je pomocí apimonitoringu možné sledovat migraci prvků technogenního znečištění v různých ekosystémech (půda, voda, vzduch-rostliny-nektar, pyl-včela, larvy-včely) atd.

S ohledem na výše uvedené tedy můžeme dojít k závěru, že znečištění životního prostředí způsobené člověkem dnes dosáhlo takových rozměrů, že má ohrožující vliv na život a zdraví lidí. Jako prostředek biologického monitorování znečištění životního prostředí se stále častěji navrhují biologické metody založené na využití apimonitoringu, tj. včel medonosných. Pouze společným vědomým úsilím celého lidstva můžeme zabránit katastrofě ekologického systému a zabránit jeho přechodu do bodu, odkud není návratu.

Z redakční rady Vědeckotechnického centra „Čarunka“, zvláštního zpravodaje, profesora V. Tsikavy, z připravované knihy „Včelí ostrov“