بررسی علمی دلایل کاهش زنده‌مانی اسپرم در ملکه‌های زنبور عسل
بقای یک کلنی زنبور عسل تا حدی به موفقیت تولیدمثلی ملکه بستگی دارد و این موفقیت نیز وابسته به قابلیت زیستی اسپرم‌هایی است که توسط نرهایی که با ملکه جفت‌گیری می‌کنند، تولید می‌شود.
سلامت ملکه‌های زنبور عسل ارتباط نزدیکی با عملکرد کلنی دارد، چراکه معمولاً یک ملکه مسئول تمام تخم‌گذاری‌ها و تولید نوزادان در کلنی است. در ایالات متحده در سال‌های اخیر، میزان شکست عملکرد ملکه‌ها به‌طور چشمگیری افزایش یافته است؛ به‌گونه‌ای که بیش از ۵۰ درصد از ملکه‌ها ظرف مدت شش ماه در کلنی‌ها تعویض می‌شوند، در حالی که در گذشته یک ملکه ممکن بود یک تا دو سال یا حتی بیشتر عمر کند. این نرخ بالای شکست عملکرد ملکه‌ها هم‌زمان با نرخ بالای مرگ‌ومیر کلنی‌ها در ایالات متحده بوده است، به‌طوری که در برخی سال‌ها نیمی از کلنی‌ها از بین رفته‌اند.
پتیس و همکاران (۲۰۱۶) مطالعه‌ای درباره قابلیت زیستی اسپرم در ملکه‌های ایالات متحده انجام دادند تا بررسی کنند که آیا این عامل می‌تواند در شکست ملکه یا کلنی نقش داشته باشد یا خیر. در این مطالعه، تنوع زیادی در قابلیت زیستی اسپرم‌ها مشاهده شد. این بررسی شامل چهار گروه از ملکه‌هایی بود که از کلنی‌ها خارج شده بودند؛ کلنی‌هایی که توسط زنبورداران «سالم» ارزیابی شده بودند (تعداد = ۱۲؛ میانگین قابلیت زیستی = ۹۲٪)، ملکه‌هایی که در چارچوب مدیریت عادی جایگزین می‌شدند (تعداد = ۲۸؛ ۵۷٪)، یا کلنی‌هایی که «در حال شکست» ارزیابی شده بودند (تعداد = ۱۸ و ۱۹؛ به ترتیب ۵۴٪ و ۵۵٪). دو مجموعه اضافی از ملکه‌ها که به‌صورت جفت‌شده بررسی شده بودند.
تفاوت آماری معناداری در قابلیت زیستی اسپرم بین کلنی‌هایی که توسط زنبورداران «سالم» یا «در حال شکست» ارزیابی شده بودند، نشان دادند. ملکه‌هایی که از کلنی‌های سالم برداشت شده بودند، به‌طور میانگین دارای قابلیت زیستی بالایی بودند (حدود ۸۵٪)، در حالی که ملکه‌هایی که از کلنی‌های ناسالم یا در حال شکست برداشت شده بودند، به‌طور معناداری قابلیت زیستی پایین‌تری داشتند (حدود ۵۰٪). بنابراین، پایین بودن قابلیت زیستی اسپرم نشانه‌ای از عملکرد ضعیف کلنی یا با آن مرتبط است.
برای بررسی بیشتر منبع کاهش قابلیت زیستی اسپرم، شش پرورش‌دهنده تجاری ملکه مورد بررسی قرار گرفتند و تنوع زیادی در قابلیت زیستی اسپرم‌ها بین آن‌ها مشاهده شد (محدوده بین ۶۰ تا ۹۰ درصد). این تفاوت ممکن است از نرهایی که ملکه با آن‌ها جفت‌گیری می‌کند یا از دماهای نامناسبی که ملکه‌ها در طول ارسال تجربه می‌کنند، ناشی شود. نقش دمای ارسال به‌عنوان عامل احتمالی کاهش قابلیت زیستی اسپرم مورد بررسی قرار گرفت. مشخص شد که ملکه‌ها در حین ارسال در معرض نوسانات دمایی شدید (کمتر از ۸ و بیشتر از ۴۰ درجه سلسیوس؛ معادل ۴۶٫۴ تا ۱۰۴ درجه فارنهایت) قرار می‌گیرند و این نوسانات می‌توانند بیش از ۵۰ درصد از اسپرم‌های ذخیره‌شده در اسپرماتکای ملکه زنده را از بین ببرند.
برای بررسی بیشتر نقش دما، آزمایش‌هایی در شرایط آزمایشگاهی انجام شد. مجموعه‌ای از ۶۰ ملکه از یک پرورش‌دهنده واحد از طریق شرکت پست دریافت شدند. این ملکه‌ها به‌صورت تصادفی به گروه‌هایی تقسیم شدند که در معرض دمای ۴ درجه سلسیوس به مدت یک، دو یا چهار ساعت، یا ۴۰ درجه سلسیوس به مدت یک یا چهار ساعت قرار گرفتند. گروه کنترل نیز در دمای ۳۰ درجه سلسیوس (۸۶ درجه فارنهایت) نگهداری شد. پس از این دوره‌های دمایی، همه ملکه‌ها به مدت شش روز دیگر در دمای ۳۰ درجه سلسیوس نگهداری شدند تا هرگونه اثر منفی دما بر اسپرم‌ها آشکار شود. در روز هفتم، تمام ملکه‌ها قربانی شدند و قابلیت زیستی اسپرم آن‌ها اندازه‌گیری شد.
در این آزمایش‌ها مشخص شد که قرار گرفتن ملکه‌ها در معرض دماهای بسیار بالا یا بسیار پایین حتی برای یک تا دو ساعت باعث کاهش قابل‌توجه در قابلیت زیستی اسپرم می‌شود. قرار گرفتن در معرض دما برای مدت بیش از یک یا دو ساعت در دمای ۴ یا ۴۰ درجه سلسیوس، موجب افزایش بیشتر مرگ‌ومیر اسپرم نشد. به‌وضوح مشخص شد که کاهش قابلیت زیستی اسپرم با عملکرد کلنی مرتبط است و داده‌های آزمایشگاهی و میدانی شواهدی ارائه می‌دهند که دماهای شدید می‌توانند عامل اصلی این کاهش باشند (پتیس و همکاران، ۲۰۱۶).
تارپی و اولیوارز (۲۰۱۴) بررسی کردند که چگونه زنده‌مانی اسپرم در اسپرماتکای ملکه در طول زمان تغییر می‌کند. نتایج آن‌ها نشان داد که زنده‌مانی اسپرم در طی زمان کاهش می‌یابد در حالی‌که در اسپرماتکا ذخیره شده است. این الگو می‌تواند دلایل مختلفی داشته باشد، مانند استفاده‌ی انتخابی از اسپرم زنده در برابر مرده (یعنی زمانی‌که ملکه تخم‌های بارور می‌گذارد از اسپرم زنده استفاده می‌کند، در نتیجه نسبت اسپرم مرده به‌تدریج افزایش می‌یابد) یا احتمالاً فشار فیزیولوژیکی ناشی از نگهداری بلندمدت اسپرم که منجر به مرگ آن‌ها می‌شود.
منبع دیگری برای زنده‌مانی پایین اسپرم در اسپرماتکا می‌تواند به نرهایی مربوط باشد که ملکه با آن‌ها جفت‌گیری کرده است. چِکونسکا و همکاران (۲۰۱۳) حجم منی و زنده‌مانی اسپرماتوزوئیدهای جمع‌آوری‌شده از نرهایی در سنین ۱۵، ۲۰، ۲۵ و ۳۰ روز را مقایسه کردند. این نرها از ملکه‌های مختلفی منشأ گرفته و در محیط‌های مختلفی پرورش یافته بودند. حجم منی با اندازه‌گیری طول پرشده‌ی یک لوله موئینه (کاپیلاری) تعیین شد. درصد اسپرم‌های زنده و مرده با استفاده از رنگ‌آمیزی فلورسنت SYBR-14 و ید پروپییدیوم و با بهره‌گیری از روش فلوسایتومتری تعیین شد. حجم منی جمع‌آوری‌شده از نرها در بازه ۰٫۵ تا ۱٫۳ میکرولیتر بود. میانگین حجم منی با افزایش سن نرها به‌طور معناداری کاهش یافت. زنده‌مانی اسپرم نیز به‌طور معناداری با افزایش سن نرها افزایش یافت.
بقای کلنی زنبور عسل، علاوه بر موفقیت تولیدمثلی ملکه، به مدیریت کنه‌ی خارجی واروا ویرانگر نیز وابسته است؛ کنه‌ای که در گذشته معمولاً با استفاده از داروهای کنه‌کش کنترل می‌شده است، اما این داروها ممکن است بر سلامت زنبور عسل نیز تأثیرگذار باشند. تحقیقات پیشین نشان داده‌اند که تماس نرهای زنبور عسل با نوارهای کنه‌کش Checkmite+TM (حاوی ترکیب کومافوس) می‌تواند به کاهش زنده‌مانی اسپرم منجر شود.
جانسون و همکاران (۲۰۱۳) دوزهای تحت‌کشنده‌ی شش کنه‌کش (تاوفلووالینات، کومافوس، فن‌پیروکسی‌میت، آمیتراز، تیمول و اسید اگزالیک) را به نرهای بالغ یک تا چهار روزه اعمال کردند. نرها سپس به کلنی‌های خود بازگردانده شدند و دو تا سه هفته بعد مجدداً برای ارزیابی زنده‌مانی اسپرم با استفاده از رنگ‌های SYBR14 و ید پروپییدیوم جمع‌آوری شدند. شمارش اسپرم‌های زنده و مرده با بهره‌گیری از کتابخانه‌ی EBImage در محیط آماری R به‌صورت خودکار انجام گرفت. زنده‌مانی اسپرم تحت‌تأثیر هیچ‌یک از شش تیمار کنه‌کش قرار نگرفت، که نشان می‌دهد تماس حاد نرهای بالغ با کنه‌کش‌ها تأثیر اندکی بر توانایی تولیدمثلی آن‌ها دارد.
با این‌حال دو مورد از این شش کنه‌کش بر نرخ بازیابی نرها تأثیر داشتند، فن‌پیروکسی‌میت این احتمال را کاهش داد و تیمول آن را افزایش داد. این نتایج نشان می‌دهد که تحقیقات آینده درباره‌ی تأثیر آفت‌کش‌ها بر زنده‌مانی اسپرم نرها باید بر روی تماس در مراحل نابالغ تمرکز داشته باشند و اینکه زنبوردارانی که نگران سلامت تولیدمثلی نرها هستند، می‌توانند در زمانی‌که تنها نرهای بالغ در کندو حضور دارند، با ایمنی نسبی از کنه‌کش‌ها استفاده کنند.
در سال‌های اخیر، کاهش جمعیت زنبورهای عسل به عوامل متعددی نسبت داده شده است، از جمله انگل‌ها، عوامل بیماری‌زا، سوءتغذیه و آفت‌کش‌ها. بقایای آفت‌کش ارگانوفسفات کومافوس (acaricide coumaphos) و حشره‌کش نئونیکوتینوئید ایمیداکلوپرید (imidacloprid) که به ترتیب برای مقابله با کنه واروآ و حفاظت از محصولات کشاورزی استفاده می‌شوند.
در نمونه‌های موم، گرده و شان کندو شناسایی شده‌اند. چایمن و همکاران (Chaimanee et al. 2016) اثر این ترکیبات را در دوزهای مختلف بر میزان زنده‌مانی اسپرم ذخیره‌شده در کیسه ذخیره اسپرم ملکه (spermatheca) بررسی کردند. نتایج آن‌ها نشان داد که دوزهای زیرکشنده ایمیداکلوپرید (0.02 ppm) باعث کاهش ۵۰ درصدی در زنده‌مانی اسپرم طی هفت روز پس از تیمار شد. زنده‌مانی اسپرم در ملکه‌هایی که با دوز بالای کومافوس (100 ppm) تیمار شده بودند، حدود ۳۳ درصد کاهش یافت، اما این کاهش از نظر آماری معنادار نبود.
بیان ژن‌هایی که در رشد، پاسخ‌های ایمنی و سم‌زدایی نقش دارند، در ملکه‌ها و کارگرهایی که در معرض این ترکیبات شیمیایی قرار گرفتند، با استفاده از تحلیل qPCR مورد بررسی قرار گرفت. داده‌ها نشان داد که سطح بیان برخی ژن‌ها یک روز پس از تیمار افزایش یافت. بیان ژن‌های متعلق به زیرخانواده P450 از جمله CYP306A1، CYP4G11 و CYP6AS14 در ملکه‌هایی که با دوز پایین کومافوس (5 ppm) و ایمیداکلوپرید (0.02 ppm) تیمار شده بودند، کاهش یافت. افزون بر این، این دو ترکیب باعث سرکوب بیان ژن‌های مرتبط با آنتی‌اکسیداسیون، ایمنی و رشد در ملکه‌ها در روز اول شدند. در زنبورهای کارگر نیز مشاهده شد که این ترکیبات باعث افزایش بیان آنتی‌اکسیدان‌ها در روز اول می‌شوند.
کومافوس همچنین سبب سرکوب ژن‌های CYP306A1 و CYP4G11 در کارگرها شد. به نظر می‌رسد آنتی‌اکسیدان‌ها نقش حفاظتی در برابر آسیب شیمیایی در زنبورهای عسل ایفا می‌کنند. همچنین مشخص شد که در کارگرهایی که با ایمیداکلوپرید تیمار شده بودند، تکثیر ویروس تغییر شکل‌دهنده بال (DWV) افزایش یافت. این پژوهش به‌روشنی نشان داد که تماس با ترکیبات شیمیایی می‌تواند زنده‌مانی اسپرم در ملکه‌های زنبور عسل را تحت تأثیر قرار دهد.
شاید علاقمند باشید مقاله ” ارزیابی کیفیت اسپرم در زنبورهای نر ” را ملاحظه کنید 🌹
برلی و همکاران (Burley et al. 2008) تأثیرات احتمالی کومافوس، فلووالینات و Apilife VAR (حاوی تیمول) را بر زنده‌مانی اسپرم زنبورهای نر در طول زمان بررسی کردند. نرها در کلنی‌هایی پرورش داده شدند که با هر یک از این کنه‌کش‌ها طبق دوز توصیه‌شده در برچسب دارو تیمار شده بودند. نرها از هر تیمار جمع‌آوری و نمونه‌های منی آن‌ها ادغام شد. نمونه‌های تجمیع‌شده برای هر تیمار تقسیم‌بندی شده و برای دوره‌ای تا شش هفته مورد تجزیه‌وتحلیل قرار گرفتند. از هر تیمار به‌طور تصادفی نمونه‌هایی (n=6 pool) در طول این دوره شش‌هفته‌ای برداشت شد. زنده‌مانی اسپرم با استفاده از رنگ‌آمیزی فلورسنت دوگانه اندازه‌گیری شد.
قرار گرفتن نرها در معرض کومافوس طی مراحل رشد و بلوغ جنسی، به‌طور معناداری باعث کاهش زنده‌مانی اسپرم در تمام شش هفته شد. همچنین در کلنی‌های شاهد، زنده‌مانی اسپرم از نمونه اولیه تا هفته اول به‌طور معناداری کاهش یافت و در تمام تیمارها و شاهد، از هفته پنجم تا ششم نیز کاهش معناداری مشاهده شد. کومافوس نه تنها زنده‌مانی اسپرم تولید شده توسط نرهای در معرض را کاهش می‌دهد، بلکه مشخص شده است که باعث ایجاد اثرات کشنده و زیرکشنده در ملکه‌ها نیز می‌شود، از جمله کاهش میانگین تعداد اسپرم موجود در کیسه ذخیره اسپرم ملکه پس از جفت‌گیری، همراه با کاهش تعداد اسپرم واردشده به کیسه در ملکه‌هایی که در معرض کومافوس قرار گرفته‌اند و نیز کاهش زنده‌مانی اسپرم در نرهای تیمارشده، می‌تواند به اختلال در عملکرد تولیدمثلی ملکه منجر شود.
برای چندین سال، کنه واروآ عمدتاً با دو کنه‌کش داخل کندو کنترل می‌شد: پایریتروئید «تائو-فلووالینات» (آپیستان) و ارگانوفسفات «کومفوس» (Checkmite+). مطالعات گوناگونی نشان داده‌اند که قرار گرفتن کلنی‌های زنبور عسل در معرض سطوح تحت‌کشندگی این ترکیبات شیمیایی می‌تواند منجر به بروز مشکلات سلامت در کل کلنی شود.
رانگل و تارپی (۲۰۱۵) اثرات ترکیبی فلووالینات و کومفوس را بر سلامت تولیدمثلی ملکه‌های زنبور عسل بررسی کردند. آن‌ها با پرورش ملکه‌ها در موم زنبوری بدون کنه‌کش یا مومی که حاوی غلظت‌های مشخصی از هر دو ماده‌ی کومفوس و فلووالینات بود، این مطالعه را انجام دادند. پس از بیرون آمدن ملکه‌ها از حجره و جفت‌گیری موفق، چندین شاخص استاندارد مربوط به سلامت تولیدمثلی آن‌ها اندازه‌گیری شد. نتایج نشان داد که اگرچه اندازه ملکه‌هایی که در موم آلوده به کنه‌کش پرورش یافته بودند تفاوت معناداری با ملکه‌های گروه شاهد نداشت، اما تجزیه‌وتحلیل اسپرماتکا نشان داد که شمار اسپرم و درصد زنده‌مانی اسپرم در آن‌ها به‌طور معناداری کمتر، و دفعات جفت‌گیری آن‌ها بیشتر بود. این یافته‌ها نشان داد که قرار گرفتن در معرض کنه‌کش‌ها طی دوره رشد، سلامت تولیدمثلی ملکه‌ها را به‌شدت تضعیف می‌کند. همچنین اهمیت تأثیرات بالقوه‌ی زیان‌بار ترکیب دو کنه‌کش رایج داخل کندو بر سلامت کلنی را برجسته کرد.
عوامل بسیاری دیگر نیز ممکن است در نهایت بر باروری نرها تأثیر بگذارند. پنگ و همکاران (۲۰۱۵) دریافتند که تمام زنبورهای نری که با اسپورهای نوزما آپیس تغذیه شده بودند، در نهایت به این بیماری آلوده شدند، که از طریق مشاهده تغییرات مورفولوژیک در روده میانی زنبورهای آلوده در مقایسه با زنبورهای غیرآلوده قابل تأیید بود. آن‌ها مشاهده کردند که روده میانی زنبورهای نر تازه متولدشده و غیرآلوده شفاف بود و با افزایش سن همچنان نیمه‌شفاف باقی می‌ماند. در مقابل، در زنبورهای آلوده، روده‌ها با افزایش سن به‌طور قابل‌توجهی متورم شده، شفافیت خود را از دست داده و رنگ آن‌ها به سفید-خاکستری تغییر می‌کرد.
بررسی‌های میکروسکوپی نشان داد که سلول‌های پوششی روده میانی در زنبورهای آلوده از اسپورهای نوزما آپیس پر شده بودند و تعداد زیادی از اسپورهای تازه آزادشده از سلول‌های ترکیده قابل مشاهده بود. با این حال، هنگامی که آن‌ها غدد فرعی و بیضه‌های فرعی زنبورهای آلوده و غیرآلوده را کالبدشکافی و مقایسه کردند، هیچ نشانه‌ای از عفونت در بافت‌های تولیدمثلی مشاهده نکردند. همچنین در هیچ‌یک از بافت‌ها یا مجاری حاوی اسپرم یا مایع منی، اسپورهای نوزما آپیس یافت نشد.
این نتایج به‌صورت بافت‌شناسی نیز از طریق مقایسه‌ی دستگاه تولیدمثلی نرهای آلوده و غیرآلوده در سنین مختلف تأیید شد. در این بررسی، مشخص شد که با افزایش سن زنبور نر، بافت عضلانی اطراف غدد فرعی و لایه سلول‌های پوششی آن‌ها به‌تدریج تحلیل می‌رود، اما چنین تغییری در بافت عضلانی اطراف بیضه‌های فرعی مشاهده نشد. پنگ و همکاران (۲۰۱۵) نشان دادند که نوزما آپیس قادر به آلوده‌کردن زنبورهای نر است و این عفونت‌ها به‌مرور آن‌قدر شدت می‌یابد که هزینه‌های چشمگیری را برای زنبورهای نر در پی دارد. آن‌ها کاهش باروری و طول عمر نرها را با افزایش سن گزارش کردند و مشخص شد که مایع منی نرهای آلوده نیز به اسپورهای نوزما آلوده می‌شود.
بیماری‌ها نیز می‌توانند بر سلامت تولیدمثلی و طول عمر ملکه‌ها تأثیر بگذارند. پت‌تیس و همکاران (۲۰۱۶) در بررسی خود بر روی ملکه‌های تجاری تولیدشده، به بررسی وجود سه پاتوژن پرداختند: ویروس تغییر شکل‌دهنده بال ، نوزما سرانا و ویروس سلول سیاه ملکه. هر سه پاتوژن در جمعیت‌های ملکه از تمامی پرورش‌دهندگان شناسایی شدند، به‌جز اینکه ویروس سلول سیاه ملکه در ملکه‌های پرورش‌دهنده‌ی شماره پنج یافت نشد. به‌طور کلی، ملکه‌ها بیشترین شیوع را در مورد ویروس تغییر شکل‌دهنده بال داشتند، پس از آن نوزما سرانا در رتبه دوم و ویروس سلول سیاه ملکه با شیوع پایین‌تر در رتبه سوم قرار داشت.
ملکه‌های زنبور عسل که به‌صورت مصنوعی با مایع منی حاوی ۴۶٪ یا بیشتر اسپرم زنده تلقیح شده بودند، به‌طور پیوسته تمام تخم‌های بارور را به‌شکل الگوی طبیعی نوزاد کارگر، در طی سه تا چهار هفته پس از تلقیح، تخم‌ریزی کردند. با این حال، تولیدکنندگان ملکه که ممکن است از مایع منی ذخیره‌شده برای حفظ ذخایر ژنتیکی نرها استفاده کنند، نیاز دارند که ملکه‌های باکره را در طول یک فصل پرورش دهند؛ یعنی به مدت طولانی‌تر از زمانی که در این مطالعه آزمایشی بررسی شده بود.
برای بررسی اینکه ملکه‌هایی که با مایع منی با قابلیت زنده‌مانی پایین تلقیح شده‌اند، تا چه مدت می‌توانند نوزاد کارگر تولید کنند، ملکه‌های خواهری با ترکیب‌های مختلفی از مایع منی تازه و مایع منی منجمد و کشته‌شده تلقیح شدند، یا به‌صورت طبیعی جفت‌گیری کردند. کلنی‌ها ماهانه، به‌مدت پنج تا شش ماه، سپس در میانه‌ی زمستان و دوباره در بهار سال بعد، از نظر شاخص‌هایی همچون: مساحت شان حاوی مراحل مختلف نوزاد، درصد زنبورهای کارگر در برابر نر در نوزادان درپوش‌دار، و تعداد سلول‌های خالی در یک بخش نماینده از نوزادان درپوش‌دار ارزیابی شدند. از میان ۲۲ ملکه‌ای که با ۷۵٪ یا بیشتر مایع منی تازه تلقیح شده بودند، تنها یک مورد تا میانه‌ی زمستان به تولید جزئی تخم نر پرداخت.
از میان ۲۱ ملکه‌ای که با ۵۰٪ مایع منی تازه تلقیح شده بودند، فقط دو مورد ذخیره اسپرمشان به پایان رسید. اما از پنج ملکه‌ای که تنها با ۲۵٪ مایع منی تازه تلقیح شده بودند، سه مورد درصدی از تخم‌های غیر بارور (نر) گذاشته بودند. مایع منی نگهداری‌شده‌ای که دارای ۵۰٪ یا بیشتر اسپرم زنده باشد، می‌تواند برای تلقیح ملکه‌هایی استفاده شود که دست‌کم به مدت یک فصل عملکردی برابر با یک ملکه‌ی کامل و جفت‌گیری‌شده خواهند داشت، به‌گونه‌ای که یک پرورش‌دهنده بتواند تعداد زیادی ملکه‌ی دختر تولید کرده و ژنوتیپ‌های مطلوب را در یک برنامه اصلاح نژاد وارد کند (Collins 2004).
نویسنده : Clarence Collison
از همراهی شما سپاسگزاریم و امیدواریم مطالعه این مقاله برایتان سودمند و لذت‌بخش بوده باشد. برایتان آرزوی موفقیت داریم. اگر در خصوص نظر خاصی دارید لطفا جهت بهره برداری دیگران آنرا در قسمت دیدگاه ها به اشتراک بگذارید 💐
ترجمه مقاله توسط مرکز تخصصی زنبورداری و پرورش ملکه ارجان
