Ondas de Calor e Fertilidade das Abelhas: Principais Descobertas

As ondas de Calor estão se tornando mais comuns e intensas com as mudanças climáticas. Isso ameaça a Fertilidade de muitos insetos e animais. Temperaturas altas durante ondas de calor no verão, variando de 35 a 45 °C, podem prejudicar a capacidade de reprodução de várias espécies de insetos, incluindo besouros da farinha, moscas-da-fruta, abelhas-bombril e abelhas melíferas. As abelhas são essenciais para a agricultura porque ajudam na polinização, tornando qualquer impacto em sua fertilidade especialmente preocupante.

As abelhas melíferas são bastante usadas para polinização na agricultura. Embora consigam lidar com diferentes climas, as rainhas e os machos (Drones) ainda correm o risco de perder a capacidade de reproduzir devido ao calor. As rainhas conseguem aguentar um pouco de calor, mas temperaturas acima de 38 °C por mais de duas horas podem prejudicar o Esperma que elas armazenam. Os drones são mais afetados pelo calor e podem morrer com altas temperaturas. Apesar da importância para a reprodução, não sabemos muito sobre como o calor impacta a sobrevivência e fertilidade deles.

Estudos anteriores mostram que os drones são sensíveis ao calor, mas o nível de sensibilidade varia entre pesquisas diferentes. Um estudo descobriu que metade dos drones sobreviveu a um tratamento a 42 °C por seis horas, enquanto outro estudo reportou que apenas 23% sobreviveram a um tratamento mais curto na mesma temperatura. Essas diferenças podem ser por vários fatores como umidade ou a origem dos drones, sugerindo que drones de populações diferentes podem ter se adaptado a climas diferentes.

Pesquisas indicam que pode haver uma ligação genética sobre quão bem as abelhas melíferas conseguem tolerar o calor. Por exemplo, uma subespécie de abelha melífera da Arábia Saudita aguenta temperaturas quentes melhor que outra subespécie da Europa. Entretanto, ainda precisamos descobrir se essa tolerância ao calor se aplica a indivíduos reprodutivos e diferentes populações, o que poderia nos ajudar a prever como diferentes tipos de abelhas responderão às mudanças climáticas.

Um clima mais quente pode também influenciar interações com doenças, o que pode impactar a fertilidade. Evidências sugerem que proteínas de choque térmico desempenham um papel crucial na resposta antiviral em abelhas melíferas e outros insetos. Um estudo mostrou que expor abelhas operárias ao calor após uma infecção viral melhorou sua capacidade de eliminar a infecção. Esse efeito ainda não foi confirmado em drones, que são particularmente propensos a Infecções Virais devido ao ácaro Varroa destructor, e suas implicações para a fertilidade ainda são desconhecidas.

Dados de longo prazo mostram uma tendência crescente em dias de ondas de calor, especialmente em regiões tropicais. No entanto, o calor extremo também pode afetar áreas temperadas. Por exemplo, um evento de calor significativo no Oeste do Canadá em 2021 levou a resultados negativos para apicultores. Como resultado, apicultores em regiões mais frescas podem precisar começar a empregar técnicas de manejo de calor que antes não eram necessárias. Essas técnicas podem incluir métodos mecânicos como isolar colmeias ou fornecer sombra, o que poderia ajudar as colônias a sobreviver breves períodos de calor.

O sul da Califórnia também passou por uma mudança para temperaturas mais severas. Historicamente classificada como semiárida, a região agora apresenta características de clima árido, com ondas de calor cada vez mais frequentes desde 1950. Notavelmente, abelhas melíferas não manejadas no sul da Califórnia têm cerca de 25% de ancestralidade africana. Considerando que as abelhas melíferas africanas prosperam em climas quentes, esperamos que as abelhas dessa área tenham adaptações para calor e seca.

Este estudo busca investigar fatores que afetam a tolerância ao calor em drones de abelhas melíferas, focando na origem populacional, tamanho corporal e o efeito de infecções virais. Através de uma série de experimentos, iremos avaliar as taxas de sobrevivência de drones de diferentes regiões e analisar as interações entre massa corporal, infecção viral e capacidade reprodutiva.

#Métodos

Os experimentos deste estudo foram realizados em três locais: Universidade da Colúmbia Britânica (UBC), Universidade da Califórnia Riverside (UCR) e Universidade Estadual da Carolina do Norte (NCSU).

#Fontes de Rainhas e Colônias de Abelhas Melíferas na UBC

Em março de 2022, avaliamos os níveis de ácaros Varroa em colmeias na UBC. Colônias com altas contagens de ácaros foram tratadas para minimizar seu impacto na produção de drones. Em abril de 2022, importamos rainhas de abelhas melíferas da Austrália e da Ucrânia. Após uma breve aclimatação, essas rainhas foram introduzidas em colônias preparadas. Algumas colônias já eram lideradas por rainhas dos EUA, totalizando 15. O conjunto final de dados consistiu em drones de seis colônias bem-sucedidas.

Todas as colônias foram alimentadas com uma mistura de xarope de açúcar e bolachas de pólen para estimular o crescimento e a criação de drones. Em maio, confinamos as rainhas para incentivar a postura de ovos na cera de drones. Após um período determinado, marcamos os drones recém-emergidos para identificação.

Seis dias depois, coletamos os drones marcados em gaiolas para novos testes. As gaiolas foram mantidas em um ambiente controlado para monitorar sua sobrevivência sob estresse térmico.

#Desafio de Sobrevivência 1: Drones Californianos, Australianos e Ucranianos

No dia seguinte, metade da população da gaiola foi colocada em um incubador quente (42 °C), enquanto o resto permaneceu em um incubador de controle. Após quatro horas, registramos o número de drones vivos e mortos. Os drones mortos foram pesados, e os drones vivos também foram pesados após anestesia. Todos os drones foram posteriormente congelados para processamento futuro.

#Desafio de Viabilidade do Esperma

Selecionamos drones para um teste de viabilidade do esperma. Após a anestesia, removemos e preparamos suas vesículas seminais para análise. As amostras foram divididas em dois tubos: um para tratamento térmico e o outro para controle. Após um período de quatro horas em seus respectivos incubadores, avaliamos a viabilidade do esperma usando técnicas de coloração fluorescente.

#Avaliações de Drones da Colúmbia Britânica

Em julho de 2022, drones de seis produtores diferentes na Colúmbia Britânica foram coletados. Os drones foram meticulosamente selecionados com base na maturidade e transportados em gaiolas especiais para manter a saúde e viabilidade para os testes.

#Fontes de Rainhas e Colônias de Abelhas Melíferas na UCR

Em abril e maio de 2023, obtivemos abelhas de fornecedores do norte da Califórnia e resgatamos enxames para nossos experimentos. Essas colônias foram bem alimentadas e tratadas para pragas para garantir uma produção saudável de drones. As colônias foram monitoradas para postura de ovos e desenvolvimento de drones.

#Desafio de Sobrevivência 2

Semelhante ao primeiro desafio de sobrevivência, os drones foram colocados em condições de calor e controle para monitorar suas taxas de sobrevivência.

#Arrays de Temperatura por Tempo na NCSU

Os experimentos finais envolveram drones obtidos da NCSU, onde avaliamos a viabilidade do esperma em várias temperaturas e tempos de exposição. Após a coleta, o esperma dos drones foi extraído, tratado e avaliado quanto à viabilidade em diferentes níveis de calor.

#Análise de Proteômica

Para um subconjunto de drones sobreviventes do primeiro desafio de sobrevivência, examinamos a expressão de proteínas ligada ao tamanho do corpo. A proteína crua foi extraída para análise através de espectrometria de massa, o que nos ajudou a entender quaisquer correlações entre a expressão de proteínas e a exposição ao calor.

#Análise Estatística

Realizamos vários testes estatísticos para avaliar as diferenças nas taxas de sobrevivência, viabilidade do esperma e expressões de proteínas entre populações de drones. Essa análise ajudou a confirmar ou refutar nossas hipóteses sobre a tolerância ao calor.

#Resultados

#Tolerância ao Calor e Tamanho do Corpo

A partir de nossos experimentos, descobrimos que drones com maior peso corporal tinham mais chances de sobreviver a um desafio de calor, independentemente de sua origem genética. Enquanto as diferenças de sobrevivência ligadas à origem geográfica não foram significativas no primeiro experimento, o segundo experimento revelou que drones de colônias selvagens e não manejadas no sul da Califórnia tinham melhor tolerância ao calor do que drones comerciais.

Curiosamente, drones menores tinham mais chances de morrer durante a exposição ao calor. Esse achado contraintuitivo levantou questões sobre os efeitos da massa corporal na sobrevivência e resiliência ao estresse térmico.

#Viabilidade do Esperma e Tolerância ao Calor

Nossa análise do esperma mostrou que drones mais pesados não necessariamente produziam esperma mais resistente ao calor. Na verdade, o esperma colhido de diferentes origens geográficas apresentava níveis variados de tolerância ao calor. Infecções naturais, particularmente DWV-B, pareciam influenciar a viabilidade do esperma.

Drones infectados com DWV-B mostraram uma viabilidade de esperma surpreendentemente maior em comparação aos que não tinham a infecção. Esse resultado gerou a hipótese de que infecções virais poderiam, de alguma forma, aumentar a resiliência do esperma ao calor.

#Descobertas de Proteômica

A análise de proteômica revelou mudanças extensas na expressão de proteínas devido ao choque térmico, com muitas proteínas se expressando de forma diferente em resposta ao tratamento térmico. Porém, não encontramos uma relação consistente entre o tamanho do corpo e a expressão de proteínas relacionadas ao estresse, o que foi inesperado.

#Infecções Virais e Seus Impactos

Por fim, descobrimos que drones com infecções virais tinham esperma mais sensível ao estresse térmico em comparação com drones saudáveis. Esse impacto negativo sugere que, enquanto algumas infecções podem melhorar certos aspectos da resiliência, elas também podem reduzir outras funções vitais.

#Discussão

Nossa pesquisa destaca a complexidade dos fatores que influenciam a tolerância ao calor dos drones de abelhas melíferas. A massa corporal desempenha um papel crucial na sobrevivência durante a exposição ao calor, com drones maiores tendo uma melhor chance de sobrevivência em altas temperaturas. Inesperadamente, infecções virais podem ter efeitos tanto protetores quanto prejudiciais nas capacidades reprodutivas.

Em um mundo onde as mudanças climáticas estão levando a ondas de calor mais intensas, entender essas dinâmicas nas abelhas melíferas é essencial. Nossos achados enfatizam a necessidade de os apicultores considerarem os antecedentes genéticos de suas abelhas e possíveis estratégias de manejo para aumentar a resiliência diante do aumento das temperaturas.

#Conclusão

Em resumo, nossa investigação sobre a tolerância ao calor dos drones de abelhas melíferas revelou insights importantes sobre a interação entre massa corporal, origem genética e infecção viral na sobrevivência e fertilidade. À medida que enfrentamos um clima em mudança, essas descobertas podem ajudar a informar futuras estratégias de reprodução e manejo visando sustentar populações de abelhas cruciais para polinização e produção de alimentos. Mais explorações nesse campo permanecem uma necessidade crítica para garantir a saúde e estabilidade das colônias de abelhas melíferas em todo o mundo.