Et laboratorieuheld åbner døren til en forbløffende opdagelse
De fleste forbinder humler med pelsede, summende insekter over forårsenge – ikke med druknende overlevere i iskoldt vand. Men nye eksperimenter viser, at humledronningers vinterdvale gemmer på et forbløffende hemmelighed. En canadisk undersøgelse antyder nu, at humledronninger besidder en slags biologisk "nødtilstand", der gør det muligt for dem at overleve op til otte dage fuldstændig nedsænket i vand.
Det hele startede ikke med et omhyggeligt planlagt forsøg, men med et meget jordnært problem: et defekt køleskab på Universitetet i Guelph. I dette køleskab lå humledronninger i kunstig vinterdvale. Natten over løb der vand ud, fyldte prøverørene og dækkede dyrene fuldstændig.
Næste morgen havde fire dronninger ligget nedsænket i de oversvømmede rør i mere end tolv timer. Under normale antagelser burde de simpelthen være druknet. Men de levede stadig. Det øjeblik satte spørgsmålstegn ved meget af det, biologer troede at vide om insekters grænser.
Humledronninger i vinterdvale kan overleve op til otte dage fuldstændig nedsænket – uden lunger, uden synlige gæller, uden en luftboble som reserve.
Systematiske forsøg bekræfter det utrolige
Forskeren gentog forsøget systematisk: I alt blev 143 humledronninger fuldstændig nedsænket i koldt vand. Betingelserne efterlignede naturlige vintertemperaturer i jorden, hvor dyrene normalt hviler i jordhulrum.
Efter syv dage under vand levede stadig 81 procent af dronningerne. Nogle dyr klarede endda fulde otte dage. Et overraskende sideeffekt: I denne periode overlevede færre dronninger i kontrolgruppen i luft end under vand. Vinterdvalen ser faktisk ud til at forløbe mere stabilt under fugt end i det tørre forsøgsopstilling.
Vinterdvale i oversvømmet jord
I naturen graver humledronninger sig ned i jorden om efteråret. Her venter de fra cirka november til marts, til temperaturerne stiger og der er nok føde til at grundlægge en ny humlekoloni. Normalt ligger de i små hulrum, halvt beskyttet af rødder og jordklumper.
Med hyppigere forekomst af kraftige regnskyl fyldes disse kamre i stigende grad med vand. Uden særlige tilpasninger ville humler i sådanne situationer være fortabt. Inden den aktuelle undersøgelse havde ingen dog seriøst undersøgt, hvor længe en så lille krop faktisk kan holde til under vand.
De nye data viser: Dronningerne er ikke tilfældigt robuste – de benytter sig af et raffineret samspil mellem fysiologi og adfærd, der rækker langt ud over simpel "vejrtrækning på pause".
Tre tricks humler bruger til at ånde under vand
Hvordan måler man vejrtrækning under vand?
For at komme til bunds i mekanismen analyserede holdet iltforbruget og kuldioxidproduktionen hos de nedsænkede humler. Til dette formål blev der anvendt følsomme sensorer, der kan registrere minimale gasændringer i vandet.
Målingerne viste tydeligt: Dyrene stopper ikke vejrtrækningen – de optager fortsat ilt og afgiver kuldioxid. Blot ikke fra luft, men fra vand.
1. Ilt gennem kroppens ydre lag
Det første element i undervandstrategien virker overraskende enkelt. Insektets ydre skal, den såkaldte cuticula, er vandafvisende, men i begrænset omfang gennemtrængelig for gasser. I koldt vand er der tilstrækkeligt opløst ilt, som langsomt trænger ind i kroppen gennem små diffusionsprocesser.
Denne proces er passiv og kræver altså ingen ekstra energi, men leverer kun en meget lille mængde ilt. For et aktivt flyvende insekt ville det være helt utilstrækkeligt. I streng vinterdvale er denne ministrøm dog nok som grundforsyning.
2. En "fysisk gælle" af hår
Den anden mekanisme er mere raffineret: Humlernes tætte pels danner en slags luftkappe. Mellem de fine hår hænger et hårfint luftlag fast, når dyret havner i vand. Dette luftlag fungerer som en mikroskopisk lille dykkerklokkke, der sidder direkte på kroppen.
I kontaktområdet mellem vandet og dette luftlag kan ilt fra vandet løbende trænge over i luftboblen. Derfra når det via åndingsåbningerne, de såkaldte spirakler, ind i insektets forgrenede tracheesystem.
Humledronningens hårklædning bliver til en fysisk gælle i vand: Den fastholder et tyndt luftlag, hvori der hele tiden optages frisk ilt fra det omgivende vand.
Sådanne "luftgæller" kendes fra visse vandinsekter, eksempelvis biller. Hos et klassisk landlevende insekt som humlen havde fagfolk hidtil ikke forventet en sådan evne.
3. Ekstremt nedsat stofskifte
Det vigtigste element i denne undervandssuperkraft ligger ikke på kropsoverfladen, men inde i kroppen. Under vinterdvalen sænker humledronningen sit stofskifte markant. I forsøget lå temperaturen på cirka 3 grader Celsius, svarende til typiske jordtemperaturer om vinteren.
Under sådanne forhold producerer en hvilende dronning i luft i gennemsnit 14,4 mikroliter CO₂ pr. time pr. gram kropsvægt. Nedsænkes den fuldstændig i vand, falder denne værdi drastisk til cirka 2,35 mikroliter.
Stofskiftet kollapsere altså til omkring en sjettedel. Dermed falder ilbehovet også til en brøkdel. I denne ekstremt forsinkede "energisparetilstand" er den begrænsede ilt, der trænger ind via cuticula og luftkappe, tilstrækkelig.
- Normal vinterdvale i luft: højt, men stabilt reduceret stofskifte
- Undervands-vinterdvale: yderligere kollaps af stofskiftet til cirka en sjettedel
- Iltbehov så lavt, at passiv diffusion er tilstrækkeligt
Uden denne kraftige nedbremsning af processerne ville dyrene opbruge ilten i vandet inden for få timer og dø.
Hvad dette betyder for humler i en klimaforandringens tid
Med den globale opvarmning forskydes ikke blot gennemsnitstemperaturerne. Kraftige regnskyl tiltager i mange regioner i Europa og Nordamerika. Jorder forbliver fugtige i længere tid, vandpytter står i dage eller uger, og grundvandsstande svinger kraftigere.
For humledronninger betyder det: Deres vinterkvarterer oversvømmes hyppigere. Den nu påviste undervandstolerance kan blive en afgørende faktor for hele populationers overlevelse. Uden denne evne ville mange dronninger i regnfulde vintre simpelthen aldrig opleve foråret.
Evnen til at overleve dagevis under vand virker som en usynlig forsikringspolice mod konsekvenserne af ekstreme nedbørsmængder.
Det er dog endnu uklart, hvor langt denne forsikring rækker. Otte dages vedvarende nedsænkning udgør kun grænsen for det aktuelle forsøg, ikke nødvendigvis den biologiske øvre grænse. Feltbetingelserne er desuden langt mere variable: Vand kan komme og gå, temperaturer svinger, og mikroorganismer i jorden forbruger ligeledes ilt.
Åbne spørgsmål: Energipris og belastningsgrænser
Et kritisk punkt vedrører humledronningernes energibalance. De går ind i vinteren med et lager af fedtreserver, der skal holde til foråret. Fra dette depot forsyner de deres grundstofskifte, reparerer væv og forbereder sig på at grundlægge en ny koloni.
Undervandstilstanden kan belaste dette lager mere end det rene antal dage antyder. Forskerne formoder, at lang tid i vand får fedtdepoterne til at skrumpe hurtigere. Der er derfor planlagt analyser, hvor de sammenligner dronningernes vægt og fedtindhold før og efter længere nedsænkning.
En yderligere usikkerhed: Hvor godt klarer dyrene gentagne skift mellem luft og vand? I naturen sker der ofte gentagne oversvømmelser. Kortvarig udtørring kan lade mikrolæsioner hele og muliggøre gasudveksling i luft, men kan også skabe yderligere stress.
| Spørgsmål | Mulig betydning for humler |
|---|---|
| Maksimal overlevelsestid under vand? | Afgør, hvor længe oversvømmede jordbunde kan tåles. |
| Flere oversvømmelsescyklusser i træk? | Afgør, om dronninger kan klare regnfulde vintre med ofte skiftende vandstand. |
| Omkostninger i energibalancen? | Påvirker, om en overlevende dronning om foråret stadig er stærk nok til at opbygge en koloni. |
Hvad dette betyder for andre insekter og for os
Mange andre bestøvende insekter overvintrer ligeledes i jorden: vilde biarter, visse hvepse, nogle sommerfugle som puppe. Den nye undersøgelse antyder, at også de kan besidde skjulte strategier til at håndtere fugt. Måske optræder lignende "fysiske gæller" eller ekstreme stofskiftebremser hos andre arter.
For forskning i klimakonsekvenser er dette relevant, fordi bestøvere spiller en nøglerolle i økosystemer og landbrug. Hvis visse arter klarer sådanne oversvømmelser godt, mens andre fejler, forskydes samspillet mellem planter og insekter. Nogle afgrøder er stærkt afhængige af få humlearter – for eksempel tomater og visse bær, der drager fordel af den kraftige vibration fra humlernes vinger.
I hverdagen betyder det ikke, at man bevidst må sætte humler i vand. Dyrene overlever denne ekstremsituation i vinterdvale og ved lave temperaturer. En humle, der bliver våd under sommerflyvning i varme omgivelser, har helt andre behov – dens stofskifte kører da på fuldt tryk.
Spændende bliver det fremover at undersøge, hvordan haver og jordbunde kan tilpasses disse erkendelser. Den der ønsker at fremme humler, gavner dem med veldrænede, løse jordbunde med tilstrækkeligt tørre områder, hvor dronninger trygt kan grave sig ned. Tagrender, der konstant leder vand ud på samme plet i haven, eller permanent vandmættede hjørner er som vinterkvarter uegnede – selv om dyrene i nød åbenbart tåler langt mere, end nogen nogensinde havde troet muligt.
