W upalny letni dzień w Madison w stanie Wisconsin Jade Kochanski przedziera się przez prerię pełną dzikich kwiatów. Z siatką na owady w ręku uważnie skanuje kolorowe kwiaty. Jej misją jest złapanie i zidentyfikowanie żyjących tam trzmieli. Jeśli będzie miała szczęście, odkryje rzadki okaz — zagrożonego wyginięciem trzmiela rdzawołapego, nazwanego tak od czerwonobrązowej smugi, którą robotnice i samce tego gatunku noszą na plecach.

Kochanski, doktorantka biologii integracyjnej na University of Wisconsin-Madison, skrupulatnie mierzy schwytane trzmiele i odcina maleńki kawałek nogi, co jest powszechnym, nieśmiertelnym sposobem pozyskiwania materiału genetycznego od tych stworzeń. Każda próbka, którą zbiera od trzmieli rdzawoplastych, jest przeznaczona do laboratorium w Utah, aby pomóc naukowcom odkryć sekrety genetyczne kluczowe dla przetrwania pszczół. Analiza DNA pomoże naukowcom oszacować liczbę kolonii, zidentyfikować wzorce chowu wsobnego w tych koloniach oraz zrozumieć ogólną różnorodność genetyczną i zdrowie populacji trzmieli rdzawoplastych.

Trzmiel rdzawoplamy (Bombus affinis) populacje spadły o prawie 90 procent w ciągu dwóch dekad z powodu utraty siedlisk, stosowania pestycydów, patogenów i zmian klimatycznych, zgodnie z danymi US Fish and Wildlife Service. Obecnie występują one tylko w ułamku swojego dawnego zasięgu, z rozproszonymi populacjami w Upper Midwest i Northeast United States. W 2017 r. rdzawa plama stała się pierwszym trzmielem, który został uznany za gatunek zagrożony w Stanach Zjednoczonych.

W odpowiedzi na umieszczenie na liście Kochanski dołączył do sieci naukowców, którzy zaczęli zbierać próbki tkanek od trzmieli rdzawoplamych w całym zasięgu ich występowania. Inicjatywa rozpoczęła się w 2020 r., kiedy Tamara Smith, główna biolog Służby Ryb i Dzikich Zwierząt USA ds. trzmieli rdzawoplamych, zorganizowała spotkanie z badaczami trzmieli w Minnesocie. Ich celem było zidentyfikowanie narzędzi ochrony, które mogłyby pomóc uratować gatunek. „Genetyka była pytaniem nr 1, które wynikło z tego [meeting]„, mówi Smith. „Musieliśmy zrozumieć, co dzieje się z tym gatunkiem, jeśli chcieliśmy iść naprzód z niektórymi innymi narzędziami, które pomogłyby w ochronie”.

Wyniki ich badań opublikowano wiosną tego roku w czasopiśmie Czasopismo Nauki o Owadach i zapewnia pierwsze badanie genetyczne obejmujące cały zasięg gatunku. Wyniki dostarczają kluczowych spostrzeżeń, które mogą pomóc w ochronie gatunku, ale także rodzą pytania i obawy dotyczące zdolności gatunku do regeneracji. „Genetycznie nie radzą sobie tak dobrze, jak się spodziewaliśmy” — mówi Smith.

Badanie ujawniło zaskakująco niską liczbę kolonii trzmieli rdzawo-plamkowych, nawet w miejscach, w których pszczoły wydają się powszechne. „Widzieliśmy Górny Środkowy Zachód jako bastion gatunku” — mówi John Mola, ekolog z Colorado State University i główny autor badania — „ale to, co zobaczyliśmy na podstawie danych genetycznych, to to, że nawet w tych bastionach gatunku jest ich znacznie mniej, niż moglibyśmy się spodziewać”.

Ponieważ tylko królowe wydają potomstwo, populacje trzmieli mierzy się koloniami, a nie osobnikami. Każdej wiosny królowe trzmieli wychodzą z hibernacji, aby tworzyć gniazda, w których produkują niereprodukcyjne samice robotnice, które żerują, pielęgnują larwy i bronią gniazda. Później latem królowe przechodzą do produkcji osobników reprodukcyjnych, w tym samców i nowych królowych, które w następnym roku utworzą własne kolonie. Każda kolonia może zawierać ponad 100 osobników. Tak więc, nawet jeśli w danym obszarze widać kilka robotnic, wszystkie mogą pochodzić z jednej lub dwóch dużych kolonii.

Według badania, posiadanie niewielu kolonii stwarza znaczne ryzyko, w tym narażanie ich na lokalne wyginięcie z powodu nieprzewidywalnych zdarzeń, takich jak pożary na preriach, na których żyją. W świetle badania zarządcy gruntów będą musieli być bardziej strategiczni w stosowaniu kontrolowanych wypaleń w celu zarządzania preriami w zasięgu występowania pszczół. Aby wspomóc te działania, w ramach swojej rozprawy Kochanski opracowuje zalecenia dotyczące wypalania, które równoważą potrzebę utrzymania prerii z ochroną trzmieli.

Niewiele kolonii oznacza również, że usunięcie nawet jednej królowej z danego obszaru może doprowadzić do lokalnego wyginięcia, donosi badanie. Odkrycie to ma wyraźne implikacje dla przyszłych programów hodowli w niewoli. Podczas gdy hodowla zagrożonych gatunków w niewoli może pomóc zwiększyć ich liczebność, zwiększyć różnorodność genetyczną i ułatwić reintrodukcje, usuwanie z natury królowych trzmieli rdzawo-łatkowych jest ryzykowne ze względu na ich niewiarygodnie niską liczebność. Niemniej jednak Smith podkreśla, że ​​hodowla w niewoli gatunku jest nadal opcją, jeśli zostaną ustanowione protokoły. „Chociaż usunięcie królowej z populacji może wiązać się z ryzykiem, należy rozważyć, co to może oznaczać pod względem korzyści dla gatunku”, mówi. Ponieważ wskaźniki przeżywalności mogą być niskie na wolności, nawet niewielki wzrost przeżywalności w niewoli może sprawić, że hodowla stanie się realną opcją, wyjaśnia.

Badanie wykazało również wyraźny znak inbredu u trzmieli, co może sprawić, że będą one bardziej podatne na choroby i zmiany środowiskowe. Analizy genetyczne wykazały, że 15 procent samców było diploidalnych z dwoma zestawami chromosomów. Samce trzmieli są zazwyczaj haploidalne z jednym zestawem chromosomów, podczas gdy samice są diploidalne z dwoma zestawami, wyjaśnia Mola. Królowa składa zapłodnione jaja dla samic i niezapłodnione jaja dla samców. Jednak niewystarczająca różnorodność genetyczna spowodowana inbredem może spowodować, że zapłodnione jaja przeznaczone dla samic rozwiną się w diploidalne samce, zauważa.

Chociaż poziom chowu wsobnego obserwowany u pszczół wydaje się wysoki, naukowcy podkreślają, że nie jest jasne, czy jest to nienormalne. „Ciekawe jest, że chów wsobny ma miejsce” — mówi Jonathan Koch, entomolog badawczy w Departamencie Rolnictwa USA i starszy autor badania, ale „czy to coś alarmującego? Ponieważ szczerze mówiąc, jeszcze nie wiemy”.

Mola mówi, że chociaż 15 procent wydaje się znaczące, „nie jesteśmy pewni, jak to się ma do innych gatunków lub populacji, ponieważ mimo iż wiemy, że jest to dobry sposób szacowania chowu wsobnego u trzmieli, nie jest on powszechnie stosowany”.

Aby sprawdzić, czy wskaźnik ten jest nieprawidłowy, Mola, Koch i współpracownicy wykorzystali okazy muzealne zebrane przed latami 90. XX wieku, aby określić wskaźniki chowu wsobnego, gdy liczebność pszczół była wyższa.

Analizy genetyczne zidentyfikowały również trzy odrębne populacje trzmieli rdzawo-plamkowych — w Minnesocie, w centralnej części Midwest (Wisconsin, Illinois i Iowa) oraz w Appalachach. Koch mówi, że jest to krytyczne odkrycie i nieco zaskakujące, ponieważ badania nad innymi gatunkami trzmieli we wschodniej Ameryce Północnej wykazały niewielkie zróżnicowanie genetyczne między populacjami. Ta wiedza wpłynie na sposób zarządzania gatunkiem, mówi Jay Watson, biolog ds. ochrony przyrody w Departamencie Zasobów Naturalnych Wisconsin, który pracuje z zagrożonym gatunkiem. „Nie możemy po prostu hodować trzmieli w Wisconsin i wysyłać ich do innych części zasięgu” — wyjaśnia.

Rich Hatfield, starszy biolog ds. ochrony gatunków zagrożonych w Xerces Society for Invertebrate Conservation, który nie był zaangażowany w badanie, ma nadzieję, że wygenerowane informacje wpłyną na zatwierdzenie przyszłych projektów rozwojowych, które mogłyby zaszkodzić trzmielom rdzawoplamym. Zauważa, że ​​w przeszłości niektóre projekty rozwojowe były zatwierdzane pomimo potencjalnego szkodzenia koloniom trzmieli rdzawoplamych, co, na podstawie tego badania, mogło zagrozić długoterminowemu przetrwaniu gatunku. Teraz wiemy, że każda kolonia gatunku jest ważna dla utrzymania różnorodności genetycznej, mówi. „Przed tym artykułem machnęliśmy rękami i sugerowaliśmy, że tak może być”.

Chociaż badanie dostarczyło cennych informacji, które mogą posłużyć do podejmowania decyzji politycznych i zarządczych, to jest to dopiero pierwszy krok, mówi Koch. On i jego współpracownicy zaczęli używać nowych markerów genetycznych, które umożliwiają dokładniejszą ocenę populacji trzmieli rdzawo-plamkowych, co pomoże ustalić, jak długo trwa spadek gatunku. Rozpoczęli również długoterminowy monitoring gatunku w dziewięciu miejscach w jego zasięgu, co pozwoli lepiej zrozumieć, jak demografia gatunku zmienia się w czasie.

Chociaż rdzawobrązowy trzmiel stał się symbolem ochrony zapylaczy i wzbudził duże zainteresowanie naukowców i opinii publicznej, Smith zauważa, że ​​gatunek ten nadal potrzebuje znacznej pomocy. „To, co widzimy teraz, dzięki informacjom, które posiadamy, [their populations] są stabilne lub spadają”, mówi. „Zdecydowanie nie rosną”.

Pomimo wyzwań Smith pozostaje pełna nadziei. Widziała, jak inne gatunki w gorszym stanie poczyniły znaczne postępy w kierunku odbudowy. „W przypadku pracy nad gatunkami zagrożonymi trzeba być optymistą” – mówi.