En la mayoría de las especies de abejorros, las reinas pasan el invierno enterradas bajo tierra en una pequeña cavidad del tamaño de una uva. Durante seis a nueve meses, entran en un estado parecido al sueño profundo llamado diapausa, esperando la primavera.
A medida que el cambio climático trae lluvias más intensas a muchas regiones, estas reinas en hibernación enfrentan riesgos cada vez mayores debido a condiciones subterráneas inestables, incluidas inundaciones.
Es bueno, entonces, que estos insectos puedan sobrevivir días bajo el agua sin ahogarse. Curiosamente, nuestra nueva investigación revela que lo logran mediante un proceso de respiración continua bajo el agua durante hasta ocho días.
Todo empezó con un accidente en el laboratorio.
Inicialmente, descubrimos que las reinas de los abejorros que pasan el invierno pueden sobrevivir a una inmersión accidental.
Durante un experimento en la Universidad de Guelph, algunos de los tubos de ensayo en los que las reinas pasaban el invierno en el frigorífico del laboratorio se llenaron sin querer de agua.
Al principio asumimos que las reinas habían muerto. Pero después de drenar el agua, comenzaron a moverse y pronto se recuperaron. Esto sugirió que las reinas de los abejorros podrían sobrevivir a la inmersión.
El abejorro reina respira bajo el agua. (Charles-Antoine Darvaux)
Por lo tanto, diseñamos un experimento adicional con 143 reinas de abejorros orientales comunes (Bombus impatiens).
Esto confirmó que no fue un accidente: las reinas sobrevivieron a la inmersión total durante hasta una semana.
Esto planteó una pregunta intrigante: ¿Cómo puede este insecto polinizador terrestre sobrevivir bajo el agua? La respuesta requirió un enfoque diferente: tuvimos que estudiar su fisiología.
El corazón de la colonia.
La reina es el corazón de la colonia de abejorros y su única oportunidad de producir la próxima generación. Aunque a menudo escuchamos el zumbido de los trabajadores que visitan las flores en verano, rara vez se ve a las reinas. Pasan la mayor parte de la temporada en el nido, poniendo huevos que se convertirán en obreras y, más tarde, en el verano, en machos y nuevas reinas.
Cuando llega el invierno, la mayoría de los miembros de la colonia mueren y sólo sobreviven las reinas recién producidas. Después del apareamiento, estas nuevas reinas se dispersan y entierran bajo tierra, cada una de las cuales se asienta en una pequeña cavidad donde entran en diapausa.
Cuando finalmente regresa la primavera, las reinas que han sobrevivido a su largo sueño subterráneo emergen de sus madrigueras y comienzan la importante tarea de establecer una nueva colonia.
Las colonias de abejorros dependen completamente de la supervivencia de las reinas que hibernan. (Lucas Borg-Darveau/Actas B)
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Respirando bajo el agua
Para comprender cómo estas reinas pueden sobrevivir a la inmersión, estudiamos su respiración y metabolismo en nuestro laboratorio de la Universidad de Ottawa.
Durante la diapausa, las reinas ya están en modo de ahorro extremo de energía. La energía que necesitan para mantenerse con vida (conocida como metabolismo) se reduce en más del 99 por ciento. Cuando se sumerge, las necesidades energéticas disminuyen aún más. Con necesidades de oxígeno tan bajas, la respiración bajo el agua se hace posible.
Pero, ¿cómo sabemos si las reinas realmente respiran bajo el agua? Una forma es medir los gases que se intercambian con el agua circundante. Hicimos esto y los resultados fueron sorprendentes: las reinas consumieron oxígeno continuamente y liberaron dióxido de carbono bajo el agua durante el período de inmersión de ocho días.
El abejorro reina en su hibernáculo (guarida subterránea). (Sabrina Rondeau)
Muchos insectos acuáticos utilizan un sencillo truco para respirar bajo el agua. Una fina capa de aire se adhiere a su cuerpo, lo que les permite utilizar su sistema de respiración normal: el sistema traqueal. El oxígeno del agua circundante se difunde lentamente hacia esta capa de aire. Las reinas de los abejorros probablemente dependan del mismo mecanismo.
Sin embargo, la respiración bajo el agua por sí sola no satisface plenamente las necesidades energéticas de la reina. Para cerrar la brecha, las reinas también producen algo de energía a través del metabolismo anaeróbico, un proceso que no requiere oxígeno. Esta vez produce ácido láctico, que descubrimos en las reinas durante la inmersión.
Estos trucos fisiológicos permiten a las reinas sobrevivir bajo el agua, pero tienen un precio. Después de resurgir, las reinas pasan varios días recuperándose, usando mucha más energía de la que habrían usado si nunca hubieran salido.
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Resiliencia inesperada
Las reinas de los abejorros pasan los inviernos solas, enterradas bajo tierra y dependiendo de la energía almacenada para sobrevivir hasta la primavera. Su capacidad para tolerar días de inmersión (e incluso respirar bajo el agua) revela una resiliencia inesperada ante uno de los peligros de vivir bajo tierra.
Esto es importante porque las colonias de abejorros dependen completamente de la supervivencia de las reinas que hibernan. Si la reina muere durante el invierno, la colonia que habría fundado la primavera siguiente nunca existirá.
Esta capacidad de sobrevivir a la inmersión podría desempeñar un papel importante, que hasta ahora se había pasado por alto, en la resiliencia de las poblaciones de abejorros amenazadas.
Incluso en términos de insectos familiares y relativamente bien estudiados como los abejorros, todavía hay mucho que aprender sobre las sorprendentes formas en que afrontan los desafíos ambientales.
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