Olas de calor y fertilidad de las abejas: hallazgos clave

Las olas de Calor se están volviendo más comunes e intensas con el cambio climático. Esto amenaza la Fertilidad de muchos insectos y animales. Las altas temperaturas durante las olas de calor de verano, que van de 35 a 45 °C, pueden perjudicar la capacidad de reproducción de varias especies de insectos, incluyendo escarabajos de harina, drosófilas, abejorros y abejas melíferas. Las abejas son vitales para la agricultura porque ayudan con la polinización, así que cualquier impacto en su fertilidad es especialmente preocupante.

Las abejas melíferas se usan mucho para la polinización en la agricultura. Aunque pueden aguantar distintos climas, las reinas y los zánganos (los machos) todavía corren el riesgo de perder su capacidad de reproducirse por el calor. Las reinas pueden soportar algo de calor, pero las temperaturas por encima de 38 °C durante más de dos horas pueden dañar el esperma que almacenan. Los zánganos son más afectados por el calor y pueden morir por altas temperaturas. A pesar de su importancia para la reproducción, no sabemos mucho sobre cómo el calor afecta su supervivencia y fertilidad.

Estudios anteriores muestran que los zánganos son sensibles al calor, pero el nivel de sensibilidad varía entre diferentes investigaciones. Un estudio encontró que la mitad de los zánganos sobrevivieron a un tratamiento a 42 °C durante seis horas, mientras que otro estudio reportó que solo el 23% sobrevivió a un tratamiento más corto a la misma temperatura. Estas diferencias podrían deberse a varios factores como la humedad o el origen de los zánganos, sugiriendo que los zánganos de diferentes poblaciones podrían haberse adaptado a distintos climas.

La investigación indica que podría haber un vínculo genético sobre cuán bien pueden tolerar el calor las abejas melíferas. Por ejemplo, una subespecie de abeja melífera de Arabia Saudita puede manejar mejor las altas temperaturas que otra subespecie de Europa. Sin embargo, aún tenemos que averiguar si esta tolerancia al calor se aplica a individuos reproductivos y a diversas poblaciones, lo que podría ayudarnos a predecir cómo responderán diferentes tipos de abejas al cambio climático.

Un clima más cálido también podría influir en las interacciones con enfermedades, lo que podría afectar la fertilidad. Hay evidencia que sugiere que las proteínas de choque térmico juegan un papel crucial en la respuesta antiviral en abejas melíferas y otros insectos. Un estudio mostró que exponer a las abejas trabajadoras a calor después de una infección por virus mejoró su capacidad para eliminar la infección. Este efecto no se ha confirmado en los zánganos, que son particularmente propensos a Infecciones Virales debido al ácaro Varroa destructor, y sus implicaciones para la fertilidad aún son desconocidas.

Los datos a largo plazo muestran una tendencia creciente en los días de olas de calor, especialmente en regiones tropicales. Sin embargo, el calor extremo también puede afectar áreas templadas. Por ejemplo, un evento de calor significativo en Canadá Occidental en 2021 llevó a resultados negativos observados para los apicultores. Como resultado, los apicultores en regiones más frescas pueden necesitar empezar a emplear técnicas de manejo del calor que antes no eran necesarias. Estas técnicas pueden incluir métodos mecánicos como aislar las colmenas o proporcionar sombra, lo que podría ayudar a las colonias a sobrevivir breves oleadas de calor.

El sur de California también ha experimentado un cambio hacia temperaturas más severas. Históricamente clasificada como semiárida, la región ahora muestra rasgos de un clima árido, con olas de calor cada vez más frecuentes desde 1950. Cabe destacar que las abejas melíferas no manejadas en el sur de California tienen alrededor del 25% de ascendencia africana. Dado que las abejas melíferas africanas prosperan en climas calurosos, esperamos que las abejas de esta área tengan adaptaciones para el calor y la sequía.

Este estudio tiene como objetivo investigar los factores que afectan la tolerancia al calor en los zánganos de abejas melíferas, mirando particularmente el origen de la población, el tamaño corporal y el efecto de las infecciones virales. A través de una serie de experimentos, evaluaremos las tasas de supervivencia de los zánganos de diferentes regiones y analizaremos las interacciones entre la masa corporal, la infección viral y la capacidad reproductiva.

#Métodos

Los experimentos de este estudio se llevaron a cabo en tres lugares: la Universidad de Columbia Británica (UBC), la Universidad de California Riverside (UCR) y la Universidad Estatal de Carolina del Norte (NCSU).

#Fuentes de Reinas y Colonias de Abejas Melíferas en UBC

En marzo de 2022, evaluamos los niveles de ácaros Varroa en colmenas en UBC. Las colonias con alta cantidad de ácaros fueron tratadas para minimizar su impacto en la producción de zánganos. En abril de 2022, importamos reinas de abejas melíferas de Australia y Ucrania. Después de una breve aclimatación, estas reinas fueron introducidas en colonias preparadas. Algunas colonias ya estaban lideradas por reinas de EE. UU., sumando un total de 15. El conjunto final de datos consistió en zánganos de seis colonias exitosas.

Todas las colonias recibieron una mezcla de jarabe de azúcar y tortas de polen para fomentar el crecimiento y la crianza de zánganos. En mayo, confinamos a las reinas para fomentar la puesta de huevos en panales de zánganos. Después de un tiempo determinado, marcamos a los zánganos recién emergidos para identificación.

Seis días después, recogimos los zánganos marcados en jaulas para pruebas adicionales. Las jaulas se mantuvieron en un ambiente controlado para monitorear su supervivencia bajo estrés por calor.

#Desafío de Supervivencia 1: Zánganos Californianos, Australianos y Ucranianos

Al día siguiente, la mitad de la población de la jaula fue colocada en un incubador caliente (42 °C) mientras que el resto se quedó en un incubador control. Después de cuatro horas, registramos el número de zánganos vivos y muertos. Los zánganos muertos fueron pesados, y los vivos también fueron pesados después de anestesiarse. Todos los zánganos fueron congelados para un procesamiento posterior.

#Desafío de Viabilidad del Esperma

Seleccionamos zánganos para una prueba de viabilidad del esperma. Después de anestesiar, removimos y preparamos sus vesículas seminales para análisis. Las muestras se dividieron en dos tubos: uno para el tratamiento térmico y el otro para control. Después de un periodo de cuatro horas en sus respectivos incubadores, evaluamos la viabilidad del esperma usando técnicas de tinción fluorescente.

#Evaluaciones de Zánganos de Columbia Británica

En julio de 2022, se recogieron zánganos de seis productores diferentes en Columbia Británica. Los zánganos fueron seleccionados meticulosamente según su madurez y transportados en jaulas especiales para mantener su salud y viabilidad para pruebas.

#Fuentes de Reinas y Colonias de Abejas Melíferas en UCR

En abril y mayo de 2023, obtuvimos abejas de proveedores del norte de California y rescatamos enjambres para nuestros experimentos. Estas colonias fueron bien alimentadas y tratadas para plagas para asegurar una producción de zánganos saludable. Las colonias fueron monitoreadas para la puesta de huevos y el desarrollo de zánganos.

#Desafío de Supervivencia 2

Similar al primer desafío de supervivencia, los zánganos fueron colocados en condiciones de calor y control para monitorear sus tasas de supervivencia.

#Arrays de Temperatura por Tiempo en NCSU

Los experimentos finales involucraron zánganos obtenidos de NCSU, donde evaluamos la viabilidad del esperma a diversas temperaturas y tiempos de exposición. Después de la recolección, se extrajo el esperma de los zánganos, se trató y se evaluó su viabilidad a diferentes niveles de calor.

#Análisis de Proteómica

Para un subconjunto de zánganos sobrevivientes del primer desafío de supervivencia, examinamos la expresión proteica relacionada con el tamaño corporal. Se extrajo proteína cruda para análisis mediante espectrometría de masas, lo que nos ayudó a entender cualquier correlación entre la expresión proteica y la exposición al calor.

#Análisis Estadístico

Realizamos varias pruebas estadísticas para evaluar diferencias en tasas de supervivencia, viabilidad del esperma y expresiones proteicas entre poblaciones de zánganos. Este análisis ayudó a confirmar o refutar nuestras hipótesis sobre la tolerancia al calor.

#Resultados

#Tolerancia al Calor y Tamaño Corporal

De nuestros experimentos, descubrimos que los zánganos con mayor peso corporal tenían más probabilidades de sobrevivir a un desafío por calor, sin importar su fondo genético. Si bien las diferencias en supervivencia vinculadas al origen geográfico no fueron significativas en el primer experimento, el segundo experimento reveló que los zánganos de colonias ferales no manejadas en el sur de California tenían mejor tolerancia al calor que los zánganos comerciales.

Curiosamente, los zánganos más pequeños tenían más probabilidades de morir durante la exposición al calor. Este hallazgo contraintuitivo planteó preguntas sobre los efectos de la masa corporal en la supervivencia y resiliencia al estrés térmico.

#Viabilidad del Esperma y Tolerancia al Calor

Nuestro análisis del esperma mostró que los zánganos más pesados no necesariamente producían esperma más resistente al calor. De hecho, el esperma cosechado de diferentes orígenes geográficos mostró niveles variados de tolerancia al calor. Las infecciones naturales, particularmente la DWV-B, parecían influir en la viabilidad del esperma.

Los zánganos infectados con DWV-B mostraron sorprendentemente mayor viabilidad del esperma en comparación con los que no tenían la infección. Este resultado despertó la hipótesis de que las infecciones virales podrían de alguna manera mejorar la resiliencia del esperma al calor.

#Hallazgos de Proteómica

El análisis de proteómica reveló cambios extensos en la expresión proteica debido al shock térmico, con muchas proteínas expresándose diferencialmente en respuesta al tratamiento térmico. Sin embargo, no encontramos ninguna relación consistente entre el tamaño corporal y la expresión de proteínas relacionadas con el estrés, lo cual fue inesperado.

#Infecciones Virales y Su Impacto

Finalmente, descubrimos que los zánganos con infecciones virales tenían esperma que era más sensible al estrés térmico en comparación con los zánganos sanos. Este impacto negativo sugiere que, aunque algunas infecciones pueden mejorar ciertos aspectos de la resiliencia, también pueden reducir otras funciones vitales.

#Discusión

Nuestra investigación destaca la complejidad de los factores que influyen en la tolerancia al calor de los zánganos de abejas melíferas. La masa corporal juega un papel crucial en la supervivencia durante la exposición al calor, siendo los zánganos más grandes los que tienen mejor oportunidad de sobrevivir a altas temperaturas. Sorprendentemente, las infecciones virales pueden tener efectos tanto protectores como perjudiciales sobre las capacidades reproductivas.

En un mundo donde el cambio climático lleva a un aumento de las olas de calor, entender estas dinámicas en las abejas melíferas es esencial. Nuestros hallazgos enfatizan la necesidad de que los apicultores consideren los antecedentes genéticos de sus abejas y las posibles estrategias de manejo para aumentar la resiliencia ante el aumento de temperaturas.

#Conclusión

En resumen, nuestra investigación sobre la tolerancia al calor en los zánganos de abejas melíferas ha revelado importantes conexiones entre la masa corporal, el origen genético y la infección viral en la supervivencia y fertilidad. A medida que enfrentamos un clima cambiante, estos hallazgos pueden ayudar a informar futuras estrategias de cría y manejo que busquen mantener poblaciones de abejas cruciales para la polinización y producción de alimentos. Seguir explorando en este campo sigue siendo una necesidad crítica para asegurar la salud y estabilidad de las colonias de abejas melíferas en todo el mundo.