Ondate di calore e fertilità delle api: Risultati chiave

Le ondate di Calore stanno diventando sempre più comuni e intense mentre il nostro clima cambia. Questo rappresenta una minaccia per la Fertilità di molti insetti e animali. Le alte temperature che si registrano durante le ondate di calore estive, che vanno dai 35 ai 45 °C, possono danneggiare la capacità di riprodursi in varie specie di insetti, comprese le scarafaggi della farina, le mosche della frutta, i bombi e le api da miele. Le api sono fondamentali per l'agricoltura perché aiutano nella pollinazione, rendendo qualsiasi impatto sulla loro fertilità particolarmente preoccupante.

Le api da miele vengono ampiamente utilizzate per la pollinazione in agricoltura. Anche se possono adattarsi a climi diversi, le regine e i fuchi (le api maschili) sono comunque a rischio di perdere la loro capacità di riprodursi a causa del calore. Le regine possono resistere a un certo calore, ma temperature superiori ai 38 °C per più di due ore possono danneggiare lo Sperma che stoccano. I fuchi sono più colpiti dal calore e possono morire a causa delle alte temperature. Nonostante la loro importanza per la riproduzione, sappiamo poco su come il calore influisca sulla loro sopravvivenza e fertilità.

Studi precedenti mostrano che i fuchi sono sensibili al calore, ma il livello di sensibilità varia in base alla ricerca. Uno studio ha trovato che metà dei fuchi è sopravvissuta a un trattamento a 42 °C per sei ore, mentre un altro studio ha riportato che solo il 23% è sopravvissuto a un trattamento più breve alla stessa temperatura. Queste differenze potrebbero essere dovute a vari fattori come l'umidità o le origini dei fuchi, suggerendo che i fuchi provenienti da diverse popolazioni potrebbero essersi adattati a climi diversi.

La ricerca indica che potrebbe esserci un legame genetico su quanto bene le api da miele possano tollerare il calore. Ad esempio, una sottospecie di api da miele proveniente dall'Arabia Saudita può gestire meglio le alte temperature rispetto a un'altra sottospecie europea. Tuttavia, dobbiamo ancora scoprire se questa tolleranza al calore si applica agli individui riproduttivi e a varie popolazioni, il che potrebbe aiutarci a prevedere come risponderanno i diversi tipi di api ai cambiamenti climatici.

Un clima più caldo potrebbe anche influenzare le interazioni con le malattie, che potrebbero colpire la fertilità. Le evidenze suggeriscono che le proteine da shock termico giocano un ruolo cruciale nella risposta antivirale delle api da miele e di altri insetti. Uno studio ha mostrato che esporre le api operaie a calore dopo un'infezione virale migliorava la loro capacità di sbarazzarsi dell'infezione. Questo effetto non è stato confermato nei fuchi, che sono particolarmente inclini a Infezioni virali a causa dell'acaro Varroa destructor, e le sue implicazioni sulla fertilità sono ancora sconosciute.

I dati a lungo termine mostrano una tendenza crescente nel numero di giorni con ondate di calore, specialmente nelle regioni tropicali. Tuttavia, il caldo estremo può colpire anche aree temperate. Ad esempio, un evento di caldo significativo in Canada occidentale nel 2021 ha portato a risultati negativi per gli apicoltori. Di conseguenza, gli apicoltori in regioni più fresche potrebbero dover iniziare a utilizzare tecniche di gestione del calore che prima non erano necessarie. Queste tecniche potrebbero includere metodi meccanici come l'isolamento degli alveari o la fornitura di ombra, che potrebbero aiutare le colonie a sopravvivere a brevi ondate di calore.

La California meridionale ha anche vissuto un cambiamento verso temperature più severe. Storicamente classificata come semi-arida, la regione mostra ora tratti di un clima arido, con ondate di calore sempre più frequenti dal 1950. È interessante notare che le api da miele non gestite nella California meridionale hanno circa il 25% di ascendenza africana. Dato che le api da miele africane prosperano in climi caldi, ci aspettiamo che le api di quest'area abbiano adattamenti per il calore e la siccità.

Questo studio mira a investigare i fattori che influenzano la tolleranza al calore nei fuchi delle api da miele, esaminando in particolare l'origine della popolazione, la dimensione corporea e l'effetto delle infezioni virali. Attraverso una serie di esperimenti, valuteremo i tassi di sopravvivenza dei fuchi provenienti da diverse regioni e analizzeremo le interazioni tra la massa corporea, l'infezione virale e la capacità riproduttiva.

#Metodi

Gli esperimenti in questo studio sono stati condotti in tre luoghi: l'Università della Columbia Britannica (UBC), l'Università della California Riverside (UCR) e l'Università dello Stato della Carolina del Nord (NCSU).

#Fonti di regine e colonie di api da miele all'UBC

A marzo 2022, abbiamo valutato i livelli di acaro Varroa negli alveari all'UBC. Le colonie con alti livelli di acari sono state trattate per ridurre il loro impatto sulla produzione di fuchi. Ad aprile 2022, abbiamo importato regine di api da miele dall'Australia e dall'Ucraina. Dopo una breve acclimatazione, queste regine sono state introdotte in colonie preparate. Alcune colonie erano già guidate da regine provenienti dagli USA, portando il totale a 15. Il set di dati finale è consistito in fuchi provenienti da sei colonie di successo.

Tutte le colonie sono state alimentate con una miscela di sciroppo di zucchero e pastiglie di polline per incoraggiare la crescita e l'allevamento dei fuchi. A maggio, abbiamo confinato le regine per incoraggiare la deposizione delle uova sui telai da fuchi. Dopo un certo periodo, abbiamo contrassegnato i nuovi fuchi emersi per l'identificazione.

Sei giorni dopo, abbiamo raccolto i fuchi contrassegnati in gabbie per ulteriori test. Le gabbie sono state mantenute in un ambiente controllato per monitorare la loro sopravvivenza sotto stress termico.

#Sfida di sopravvivenza 1: Fuchi californiani, australiani e ucraini

Il giorno successivo, metà della popolazione della gabbia è stata messa in un'incubatrice calda (42 °C), mentre il resto è rimasto in un'incubatrice di controllo. Dopo quattro ore, abbiamo registrato il numero di fuchi vivi e morti. I fuchi morti sono stati pesati e i fuchi vivi sono stati pesati dopo anestetizzazione. Tutti i fuchi sono stati successivamente congelati per ulteriori elaborazioni.

#Sfida di vitalità dello sperma

Abbiamo selezionato fuchi per un test di vitalità dello sperma. Dopo anestetizzazione, abbiamo rimosso e preparato le loro vescicole seminali per l'analisi. I campioni sono stati divisi in due tubi: uno per il trattamento termico e l'altro per il controllo. Dopo un periodo di quattro ore nei rispettivi incubatori, abbiamo valutato la vitalità dello sperma utilizzando tecniche di colorazione fluorescente.

#Valutazioni dei fuchi della Columbia Britannica

A luglio 2022, sono stati raccolti fuchi da sei produttori diversi in tutta la Columbia Britannica. I fuchi sono stati accuratamente selezionati in base alla maturità e trasportati in gabbie speciali per mantenere la salute e la vitalità per i test.

#Fonti di regine e colonie di api da miele all'UCR

Ad aprile e maggio 2023, abbiamo ottenuto api forniti da fornitori della California settentrionale e abbiamo recuperato sciami per i nostri esperimenti. Queste colonie sono state ben nutrite e trattate per parassiti per garantire una produzione sana di fuchi. Le colonie sono state monitorate per la deposizione delle uova e lo sviluppo dei fuchi.

#Sfida di sopravvivenza 2

Simile alla prima sfida di sopravvivenza, i fuchi sono stati posti in condizioni di calore e di controllo per monitorare i loro tassi di sopravvivenza.

#Array temperatura-tempo alla NCSU

Gli esperimenti finali hanno coinvolto fuchi provenienti dalla NCSU, dove abbiamo valutato la vitalità dello sperma a diverse temperature e tempi di esposizione. Dopo la raccolta, lo sperma dei fuchi è stato estratto, trattato e valutato per la vitalità a diversi livelli di calore.

#Analisi proteomica

Per un sottoinsieme di fuchi sopravvissuti alla prima sfida di sopravvivenza, abbiamo esaminato l'espressione proteica legata alla dimensione corporea. Le proteine crude sono state estratte per l'analisi tramite spettrometria di massa, il che ci ha aiutato a comprendere eventuali correlazioni tra l'espressione proteica e l'esposizione al calore.

#Analisi statistica

Abbiamo eseguito vari test statistici per valutare le differenze nei tassi di sopravvivenza, nella vitalità dello sperma e nelle espressioni proteiche tra le popolazioni di fuchi. Questa analisi ha aiutato a confermare o smentire le nostre ipotesi sulla tolleranza al calore.

#Risultati

#Tolleranza al calore e dimensione corporea

Dai nostri esperimenti, abbiamo scoperto che i fuchi con maggiore peso corporeo avevano maggiori probabilità di sopravvivere a una sfida termica, indipendentemente dal loro background genetico. Anche se le differenze nella sopravvivenza legate all'origine geografica non sono state significative nel primo esperimento, il secondo esperimento ha rivelato che i fuchi provenienti da colonie selvatiche e non gestite nella California meridionale avevano una migliore tolleranza al calore rispetto ai fuchi commerciali.

È interessante notare che i fuchi più piccoli avevano maggiori probabilità di morire durante l'esposizione al calore. Questa scoperta controintuitiva ha sollevato domande sugli effetti della massa corporea sulla sopravvivenza e sulla resilienza allo stress termico.

#Vitalità dello sperma e tolleranza al calore

La nostra analisi dello sperma ha mostrato che i fuchi più pesanti non producevano necessariamente sperma più resistente al calore. Infatti, lo sperma raccolto da diverse origini geografiche mostrava livelli di tolleranza al calore variabili. Le infezioni naturali, in particolare il DWV-B, sembravano influenzare la vitalità dello sperma.

I fuchi infettati da DWV-B mostrano una sorprendente vitalità dello sperma superiore rispetto a quelli senza l'infezione. Questo risultato ha generato l'ipotesi che le infezioni virali possano in qualche modo migliorare la resilienza dello sperma al calore.

#Risultati proteomici

L'analisi proteomica ha rivelato ampie modifiche nell'espressione proteica dovute allo shock termico, con molte proteine che si esprimevano in modo differenziale in risposta al trattamento termico. Tuttavia, non abbiamo trovato alcuna relazione consistente tra la dimensione corporea e l'espressione di proteine legate allo stress, il che è stato inaspettato.

#Infezioni virali e il loro impatto

Infine, abbiamo scoperto che i fuchi con infezioni virali avevano sperma più sensibile allo stress termico rispetto ai fuchi sani. Questo impatto negativo suggerisce che, mentre alcune infezioni possono migliorare certi aspetti di resilienza, potrebbero anche ridurre altre funzioni vitali.

#Discussione

La nostra ricerca evidenzia la complessità dei fattori che influenzano la tolleranza al calore dei fuchi delle api da miele. La massa corporea gioca un ruolo cruciale nella sopravvivenza durante l'esposizione al calore, con fuchi più grandi che hanno una maggiore possibilità di sopravvivere a temperature elevate. Inaspettatamente, le infezioni virali possono avere sia effetti protettivi che dannosi sulle capacità riproduttive.

In un mondo in cui il cambiamento climatico porta ad un aumento delle ondate di calore, comprendere queste dinamiche nelle api da miele è essenziale. I nostri risultati sottolineano la necessità per gli apicoltori di considerare i background genetici delle proprie api e le strategie di gestione potenziali per migliorare la resilienza di fronte all'aumento delle temperature.

#Conclusione

In sintesi, la nostra indagine sulla tolleranza al calore dei fuchi delle api da miele ha rivelato importanti intuizioni sull'interazione tra massa corporea, origine genetica e infezione virale sulla sopravvivenza e fertilità. Mentre affrontiamo un clima in cambiamento, queste scoperte possono aiutare a informare le future strategie di allevamento e gestione mirate a sostenere le popolazioni di api fondamentali per la pollinazione e la produzione alimentare. Ulteriori esplorazioni in questo campo rimangono una necessità critica per garantire la salute e la stabilità delle colonie di api da miele in tutto il mondo.