راز سونیکیشن و دلیل ناتوانی زنبور عسل در گرده‌افشانی ارتعاشی

گرده‌افشانی سونیکیشن¹ (ارتعاشی)

زنبورهای عسل در بسیاری از کارها مهارت دارند، اما در گرده‌افشانی ارتعاشی (سونیکیشن) کاملاً ناتوان هستند. برخلاف زنبورهای بامبل‌ و بسیاری از گونه‌های دیگر و زنبورهای عسل توانایی انجام سونیکیشن را ندارند. سونیکیشن به زنبور امکان می‌دهد گرده‌ها را از انواع خاصی از گل‌ها که گرده‌هایشان در کپسول‌های محکم نگه‌داری می‌شود، آزاد کند. از آنجا که زنبورهای عسل نمی‌توانند سونیکیشن انجام دهند، قادر به گرده‌افشانی این گل‌ها نیستند.

تقریباً ۸۹ درصد از گیاهان گل‌دار برای گرده‌افشانی بهینه به کمک حشرات نیاز دارند. به طور عجیبی، حدود ۸ درصد از این گیاهان نیازمند، فرآیند گرده‌افشانی را تا حد ممکن دشوار می‌کنند. این اقلیت عجیب، گرده‌های خود را در کپسول‌های محافظتی پنهان می‌کنند که برای آزادسازی گرده‌ها نیاز به ارتعاش صوتی دارند. شاید ۸ درصد عدد کوچکی به نظر برسد، اما این مقدار شامل حدود ۲۴,۰۰۰ گونه گیاهی است.

چرا گیاهان این کار را می‌کنند؟ زیست‌شناسان معتقدند این گیاهان برای محافظت از ذخایر ارزشمند گرده خود در برابر حشراتی که گرده‌افشانی موثری انجام نمی‌دهند (مانند برخی سوسک‌ها، مگس‌های گل یا زنبورهای معمولی) تکامل یافته‌اند. با ذخیره گرده برای حشراتی که مصمم به یافتن آن هستند و از گلی به گل دیگر می‌روند، گیاه شانس بیشتری برای گرده‌افشانی کامل دارد.

این مقاله ابتدا در مجله American Bee Journal، جلد ۱۶۲، شماره ۵، مه ۲۰۲۲ منتشر شد.

برخی از گیاه‌شناسان معتقدند این سیستم بسته ، ممکن است برای محافظت از گرده در برابر باران، نور فرابنفش بیش از حد یا سایر خطرات محیطی ایجاد شده باشد. صرف‌ نظر از دلیل، این ویژگی به طور مستقل در بسیاری از خانواده‌های گیاهی ظاهر شده است، اگرچه در برخی خانواده‌ها شایع‌تر است.

در بیشتر موارد، گرده‌های محصور شده در مقایسه با گرده‌های سایر گیاهان، پروتئین بسیار بالایی دارند. به نظر می‌رسد این گیاهان به گرده‌افشان‌های مناسب برای کار خوبشان پاداش می‌دهند.

شاید علاقمند باشید مقاله ” زنبور عسل چگونه گرده را جمع‌آوری و حمل می‌کند ” را ملاحظه کنید 🌷

کیسه‌های گرده پوریسیدال نیاز به ارتعاش صوتی دارند

بیشتر این گیاهان سخت‌دسترس دارای کیسه‌های گرده پوریسیدال هستند که زمانی تشکیل می‌شوند که کیسه‌های گرده به شکل یک لوله یا کپسول به هم متصل شوند. به جای آزاد شدن مستقیم به بیرون، گرده‌ها در داخل کپسول، ایمن و خشک باقی می‌مانند. اما برای زنبورهایی که تجهیزات مناسب و علاقه به این نوع گرده را دارند، منفذ یا شکاف کوچکی در انتها یا کنار کپسول وجود دارد که گرده می‌تواند از آن خارج شود.

زنبوری که ساختار بدنی لازم را دارد، کیسهٔ گرده را با آرواره‌ها یا پاهای خود گرفته، شکم را پیرامون آن می‌پیچد و با انقباض سریع عضلات پرواز، ارتعاش شدیدی ایجاد می‌کند. این صدا قابل شنیدن است؛ زنگی بلند و مشخص که با صدای معمول بال‌زدن متفاوت است. این ارتعاش صوتی، که به «گرده‌افشانی ارتعاشی» نیز معروف است، به‌صورت ضربات کوتاه و مکرر با فرکانس ۲۰۰ تا ۴۰۰ هرتز ، بسته به گونه زنبور ، تولید می‌شود.

گرده‌های موجود در کیسه‌های پوریسیدال کوچک و صاف هستند و هیچ پوشش چسبناک معمولی ندارند. وقتی زنبور به اندازه کافی سریع ارتعاش می‌کند، گرده‌ها از منفذ خارج شده و مانند ذرات ریز در هوا شناور می‌شوند. این گرده یا روی کلاله گل می‌نشیند و گیاه را بارور می‌کند، یا روی صورت، پاها، قفسه سینه یا شکم زنبور می‌نشیند.

برخی زنبورهای ارتعاشی دارای موهای ویژه‌ای روی صورت هستند که گرده‌ها را هنگام خروج از منافذ به دام می‌اندازند. پس از پوشیده شدن زنبور از گرده، با پاهایش آن‌ها را جمع‌آوری کرده و در سبد گرده ذخیره می‌کند. سپس به گل بعدی می‌رود و به‌طور ناخواسته گرده‌افشانی انجام می‌دهد.

گرده زیاد، شهد کم گل‌های پوریسیدال

بیشتر گل‌های پوریسیدال شهد تولید نمی‌کنند. این احتمالاً یک سازگاری تکاملی است تا تنها گرده‌افشان‌هایی جذب شوند که گیاه به آن‌ها نیاز دارد و حشراتی که فقط به دنبال غذا هستند دفع شوند. با این حال، استثناهایی هم وجود دارد؛ گل‌های غنی از شهد مانند بلوبری و کرنبری نمونه‌های از این دسته گیاهان خوب هستند.

هرچند بعید به نظر می‌رسد، اما کیسه‌های گرده با ساختار پوریسیدال در بسیاری از محصولات کشاورزی ما وجود دارند. علاوه بر توت‌ها، محصولاتی مانند گوجه‌فرنگی، بادمجان، فلفل، سیب‌زمینی و کیوی نیز دارای این کیسه‌ها هستند و همه به ارتعاش صوتی نیاز دارند.

حتی گیاهانی که بساک‌های پوریسیدال ندارند نیز از اندکی لرزش سود می‌برند. زنبورهایی که قادر به ایجاد ارتعاش هستند، معمولاً گل‌های محصولات معمولی مانند کدو، خربزه، خرمالو و حتی بادام را نیز می‌لرزانند و به گرده‌افشانی بهتر آن‌ها کمک می‌کنند.

زنبورهای متخصص ارتعاش صوتی

تقریباً ۵۸ درصد از گونه‌های شناخته‌شده زنبورها قادر به ارتعاش صوتی هستند. بیشتر این زنبورها از گونه‌های بزرگ‌تر هستند؛ گونه‌های بسیار کوچک جرم بدنی لازم برای جدا کردن گرده از کپسول آن را ندارند.

گونه‌های ارتعاشی در تمام هفت خانواده زنبورها وجود دارند، اما توزیع آن‌ها تصادفی است. برای مثال، زنبور عسل و زنبور بامبل هر دو در خانواده Apidae هستند، همانند زنبورهای نجار و زنبورهای کاکتوس (Diadasia). اما در حالی که زنبورهای نجار و بامبل قادر به ارتعاش هستند، زنبورهای عسل و کاکتوس این توانایی را ندارند.

زنبورهای عسل تقریباً گرده‌افشان‌های کاملی هستند

زنبورهای عسل تقریباً گرده‌افشان‌های کاملی هستند. آن‌ها کلنی‌های سالانه را حفظ می‌کنند و با شروع بهار آماده فعالیت هستند، وفاداری به یک نوع گل دارند، در انتخاب منابع گرده سخت‌گیر نیستند (پلی‌لکتیک)، مسافت‌های طولانی را برای جستجوی غذا طی می‌کنند و یافته‌های خود را به هم‌نشینان اطلاع می‌دهند. تنها چیزی که مانع کامل بودن زنبورهای عسل می‌شود، ناتوانی آن‌ها در انجام ارتعاش صوتی است.

زنبورهای بامبل در ارتعاش صوتی مهارت دارند، اما در زمستان زنده نمی‌مانند، کلنی‌های کوچک دارند و نمی‌توان آن‌ها را به راحتی منتقل کرد. آن‌ها گرده‌افشان‌های کارآمدی هستند، اما وفاداری کمتری به یک نوع گل نسبت به زنبورهای عسل دارند.

مشکل نرم‌ افزاری

مانند بیشتر زنبورها، زنبورهای عسل تمام سخت ‌افزار لازم برای ارتعاش صوتی را دارند، اما به دلایلی ناشناخته، نرم‌افزار آن‌ها فعال نیست. عضلات پرواز زنبور در قفسه سینه قرار دارند و شامل عضلات مستقیم و غیرمستقیم هستند که هر دو برای پرواز از گلی به گل دیگر ضروری‌اند.

عضلات مستقیم ، بال‌ها را به قفسه سینه متصل می‌کنند و به زنبور امکان می‌دهند بال‌ها را در هر موقعیتی قرار دهد. این عضلات همچنین به اتصال بال‌ها با استفاده از “هامولی‌های” قلاب‌ مانند کمک می‌کنند تا بال‌های هر طرف به صورت یک واحد حرکت کنند.

عضلات غیرمستقیم به بال‌ها متصل نیستند این عضلات به دو مجموعه عمودی و طولی تقسیم می‌شوند و به دیواره‌های داخلی انعطاف‌پذیر قفسه سینه متصل هستند. این مجموعه‌ها به نوبت منقبض می‌شوند. هنگام انقباض عضلات طولی، قفسه سینه کوتاه‌تر و ضخیم‌تر می‌شود و بال‌های باز شده به سمت پایین حرکت می‌کنند. سپس عضلات طولی شل شده و عضلات عمودی منقبض می‌شوند که قفسه سینه را بلندتر و مسطح‌تر می‌کند و بال‌ها به سمت بالا حرکت می‌کنند.

در مقابل، عضلات پرواز غیر مستقیم اصلاً به بال‌ها متصل نیستند. این دو مجموعه عضلات غیر مستقیم به دیواره‌های داخلی قفسه سینه انعطاف‌پذیر متصل‌ هستند، یک مجموعه از جلو به عقب (طولی) و مجموعه دیگر از بالا به پایین (عمودی). این مجموعه‌ها به نوبت منقبض می‌شوند، ابتدا یک مجموعه و سپس مجموعه دیگر.

هنگامی که زنبور عضلات طولی را منقبض می‌کند، شکل قفسه سینه تغییر می‌کند و کوتاه‌تر و ضخیم‌تر می‌شود. این تغییر شکل باعث می‌شود بال‌های باز شده به سمت پایین حرکت کنند. سپس عضلات طولی شل شده و عضلات عمودی منقبض می‌شوند، که باعث می‌شود قفسه سینه بلندتر و مسطح‌تر شود. با تغییر دوباره شکل قفسه سینه، بال‌ها به سمت بالا حرکت می‌کنند.

کمک نرم‌افزاری برای پمپ کردن قفسه سینه

تغییر سریع شکل قفسه سینه به زنبور امکان پرواز می‌دهد، اما سیستم عصبی نمی‌تواند به همان سرعت پاسخ دهد. در عوض، زنبور یک راه‌حل نرم‌افزاری دارد که هر پالس عصبی را به چندین حرکت بالا و پایین تبدیل می‌کند. این سیستم پرواز ناهمزمان نامیده می‌شود.

عضلات پرواز ناهمزمان در بسیاری از حشرات پیشرفته از نظر فیلوژنتیکی، از جمله مگس‌ها، پشه‌ها، سوسک‌ها، زنبورها یافت می‌شوند. در مقابل، عضلات پرواز همزمان، که در آن یک پالس عصبی یک بال‌زدن ایجاد می‌کند، در بسیاری از حشرات ابتدایی‌تر با بدن سنگین و بال‌های بزرگ مانند پروانه‌ها، بیدها و ملخ‌ها رایج است.

حرکت ثابت بدون پرواز

زنبورهای کارگر از عضلات پرواز خود برای اهداف مختلفی غیر از پرواز استفاده می‌کنند. همه ما زنبورهای عسل را دیده‌ایم که شکمشان را بالا می‌برند و هوا را باد می‌زنند تا فرمون‌ها را پخش کنند. آن‌ها همچنین کندو را تهویه می‌کنند، شهد را خشک می‌کنند و جریان‌های هوا ایجاد می‌کنند که عطر دل‌انگیز کندو را به محیط اطراف می‌فرستد.

هنگامی که زنبورها پرواز می‌کنند یا باد می‌زنند، از هر دو عضله پرواز مستقیم و غیرمستقیم استفاده می‌کنند. بال‌ها بالا و پایین می‌روند، اما زاویه آن‌ها بسته به هدف زنبور تغییر می‌کند، مانند ایلرون‌های هواپیما.

زنبورها همچنین از بال‌هایشان برای کارهای دیگر غیر از پرواز یا جابه‌جایی هوا استفاده می‌کنند. برای مثال، آن‌ها از عضلات پرواز برای کنترل دما در لانه تخم‌گذاری بهره می‌برند. زنبورهایی که شکمشان را به سلول‌های تخم فشار می‌دهند و عضلات بالشان را ارتعاش می‌دهند، گاهی به عنوان زنبورهای گرمایی شناخته می‌شوند و نقاط گرمایی ایجاد شده توسط آن‌ها در تصاویر مادون قرمز دیده می‌شود.

زنبورهای گرمایی برای ارتعاش دادن، باید عضلات پرواز خود را از بال‌ها جدا کنند. اگر این کار را نکنند، گرمای تولید شده از لانه دور می‌شود، مشابه عطر کندو. با جداسازی بال‌ها از عضلات، آن‌ها می‌توانند گرما را به‌طور مؤثر حفظ کنند.

به طور مشابه، زنبورهایی که برای پرواز آماده می‌شوند، اغلب درجا ارتعاش می‌کنند و مانند دونده‌ای که درجا می‌دود، بدنشان گرم می‌شود. همان‌طور که حدس زده می‌شود، زنبورهای ارتعاشی نیز درجا عمل می‌کنند.

جداسازی بدون آچار

همیشه فکر می‌کردم اصطلاح «جداسازی» گمراه‌ کننده است و همین‌طور هم هست. جداسازی بال‌ها مانند جدا کردن واگن‌های قطار باری یا حتی جدا کردن هامولی‌ها بین دو مجموعه بال نیست؛ این کار ظریف‌تر از چیزی است که به نظر می‌رسد.

به این شکل فکر کنید: وقتی زنبور پس از پرواز فرود می‌آید، بال‌هایش را به بدن نزدیک می‌کند، کاری که توسط عضلات پرواز مستقیم انجام می‌شود. تغییر موقعیت بال‌ها باعث تغییر شکل قفسه سینه می‌شود و درز اسکوتال (یا شکاف اسکوتال) در پشت قفسه سینه بسته می‌شود. این بسته شدن اثر «کوتاه کردن» اتصال بال را دارد. وقتی قفسه سینه در این حالت «استراحت» ارتعاش می‌کند، ارتعاش‌ها کوچک‌تر و سریع‌تر از زمانی هستند که بال‌ها در موقعیت پرواز قرار دارند.

بستن درز اسکوتال را می‌توان به نگه داشتن سیم گیتار روی فرت تشبیه کرد. کوتاه کردن طول سیم، طول موج را کاهش و فرکانس را افزایش می‌دهد. بال‌ها همچنان ارتعاش می‌کنند، اما حرکت با فرکانس بالاتری نسبت به حالت پرواز انجام می‌شود و صدا متمایز، بلند و ناله‌ مانند است.

تمام سرعت لازم برای ارتعاش صوتی

در طول پرواز، قفسه سینه زنبور عسل با فرکانس حدود ۲۲۰ تا ۲۵۰ هرتز ارتعاش می‌کند، در حالی که قفسه سینه زنبور بامبل ارتعاشی حدود ۴۰۰ هرتز دارد. آیا این تفاوت توضیح می‌دهد که چرا زنبور عسل نمی‌تواند ارتعاش صوتی انجام دهد؟ ظاهراً خیر.

چون قفسه سینه در حالت ثابت تغییر شکل می‌دهد، ارتعاش‌ها کم‌عمق‌تر و سریع‌تر هستند. بر اساس اندازه‌گیری‌های صوتی در کندو، زنبور عسل کاملاً قادر به ارتعاش با سرعت مشابه است. وقتی زنبور لانه تخم را گرم می‌کند، قفسه سینه‌اش به دلیل «جداسازی» بال‌ها سریع‌تر از زمان پرواز ارتعاش می‌کند.

محققان طیف وسیعی از فرکانس‌ها را در کندوها ثبت کرده‌اند، از حدود ۱۰ تا ۱۰۰۰ هرتز. با این حال، بیشتر صداهای کندو در مقادیر خاصی، به‌ویژه حدود ۳۰۰، ۴۰۰ و ۵۰۰ هرتز، گروه‌بندی می‌شوند. از آنجا که زنبورهای عسل نمی‌توانند ارتعاش صوتی انجام دهند، تنها می‌توان حدس زد. با این حال، به نظر می‌رسد آن‌ها تمام سخت‌افزار لازم برای ارتعاش در فرکانس ۴۰۰ هرتز، مانند زنبور بامبل، را دارند، اما DNA آن‌ها اجازه این کار را نمی‌دهد.

ژن آزادسازی گرده

از نظر مورفولوژیکی، زنبورهای عسل باید بتوانند ارتعاش صوتی انجام دهند. آن‌ها اندازه مناسبی دارند، برای حفظ کلنی سالانه به مقادیر زیادی گرده باکیفیت نیاز دارند و عضلات پرواز غیرمستقیم قوی‌ای دارند که برای دفاع، ارتباط و تنظیم دما استفاده می‌شوند. پس چرا در ارتعاش صوتی ناکام‌اند؟

برخی محققان حدس می‌زنند که چون زنبورهای عسل به جای لانه‌های گلی، شانه‌های مومی می‌سازند، توانایی استفاده از عضلات پرواز غیرمستقیم برای برخی اهداف را از دست داده‌اند. بسیاری از گونه‌های زنبور که لانه‌های گلی می‌سازند، از عضلات پرواز خود برای فشرده‌سازی گل استفاده می‌کنند. برخی گونه‌ها حتی خاک را با ارتعاش جدا می‌کنند و قفسه سینه را مانند یک چکش بادی به کار می‌برند.

شاید زنبورهای عسل پس از اینکه نیاز به حفاری را از دست دادند، دستور ژنتیکی برای ارتعاش جهت آزادسازی گرده را نیز از دست داده باشند. حفاری گل و آزاد کردن گرده از گل‌های پوریسیدال تفاوت چندانی ندارند؛ برای به دست آوردن گرده، فقط کافی است آن را تکان دهید. آیا زنبور عسل این کار را می‌کند؟ متأسفانه خیر.

هیچ زنبور کاملی وجود ندارد

عجیب است، اما نزدیک‌ترین موجود به یک «زنبور کامل» ممکن است یکی از زنبورهای ملیپونا باشد. این زنبورهای بدون نیش و تولیدکننده عسل در کلنی‌های سالانه زندگی می‌کنند، طیف گسترده‌ای از گیاهان را گرده‌افشانی می‌کنند و ارتعاش صوتی نیز انجام می‌دهند. اگرچه آن‌ها لانه‌های مومی می‌سازند، به نوعی توانایی گرده‌افشانی ارتعاشی خود را حفظ کرده‌اند.

در نهایت، سؤال درباره اینکه چه حشره ای ارتعاش صوتی انجام می‌دهد و چه حشره ای توان این کار را ندارد و چرا ، ممکن است یکی از رازهای بهترین نگه‌داری‌شده طبیعت باشد.

پینوشت سردبیر سایت ارجان :

گیاهان و محصولات ایرانی وابسته به گرده‌افشانی ارتعاشی (سونیکیشن)

برای دیدن مقاله اصلی اینجا کلیک کنید

ترجمه این مقاله توسط مرکز تخصصی زنبورداری و پرورش ملکه ارجان صورت گرفته است.

دسترسی سریع به آخرین مقالات مرتبط :