2024 年 PNAS 揭示携带花蜜的飞行蜜蜂通过能量代谢调整表现出非凡的耐热性

由于气候变化，热浪变得越来越普遍，因此识别和了解蜜蜂等昆虫传粉媒介避免过热的能力至关重要。近期怀俄明大学（University of Wyoming）的科研人员研究了炎热干燥的空气温度对蜜蜂在携带花蜜负载飞行时的生理和行为机制的影响，以评估过热或干燥如何限制蜜蜂觅食。

实验利用SSI昆虫呼吸代谢系统测量了三种不同气温（20、30和40℃）下携带花蜜负载的蜜蜂的飞行肌肉温度、飞行代谢率和水分流失率，并在25和40℃的气温下通过高速视频测量了翅膀运动学。之后作者使用这些数据和先前的文献来模拟蜜蜂飞行的热量限制。

图1 气温和花蜜负载对蜜蜂（A）飞行肌肉温度和（B）代谢率的影响，没有发现气温和花蜜负荷对飞行代谢率有显著的交互作用（LMM：n=141，df=2，χ²=2.3，P=0.32）。在20℃和30℃的气温下飞行的蜜蜂的代谢率随着花蜜负荷的增加而增加，斜率非常相似（图1B;LM：20℃：斜率=0.38，下限95%=0.16，上限95%=0.61;30℃：斜率=0.36，下限95%=0.17，上限95%=0.56）。然而在40℃气温下，飞行代谢率不受花蜜负荷的显著影响（LM：40℃：斜率=0.18，下95%=-0.01，上95%=0.37;图1B），平均飞行代谢率明显低于在20和30℃气温下观察到的（LMM：n=141，df=2，χ²=80.2，P<0.0001;图 1B）。飞行代谢率在整个质量范围内增加了约30%（图1B），负荷的影响解释了22和20℃空气温度蜜蜂飞行代谢率变化的30%。

图2 不同温度下蜜蜂的水分流失速率，在40℃时，蜜蜂的水分流失率随着花蜜负荷的增加而增加，但在20或30℃的气温下没有增加。总体重是蜜蜂的质量加上它携带的花蜜负荷。每个点代表一只单独测量的蜜蜂。回归线及其相应的95%置信限表示总质量对水流失率的统计学显着影响。

图3 飞行肌肉温度对负载和卸载飞行蜜蜂代谢产热和蒸发热损失的交互作用，数据汇总了所有外部空气温度。每个点代表一只单独测量的蜜蜂。

总的研究结果表明，在20或30℃的空气温度下，飞行肌肉温度随着负载质量的增加而线性增加，但值得注意的是，在40℃的空气温度下，随着花蜜负荷的增加，飞行肌肉温度没有变化。飞行的、充满花蜜的蜜蜂能够通过降低飞行代谢率和增加蒸发冷却来避免在40℃时过热。在高体温下，蜜蜂通过降低翅膀拍动频率和增加行程幅度来补偿飞行效率，从而减少对蒸发冷却的需求。然而，即使代谢热量产生减少，干燥也可能限制在远低于蜜蜂在炎热干燥条件下的临界热最大值的温度下觅食，从而损害蜜蜂提供的关键授粉服务。

参考文献：

Glass, R. J., et.al. (2024) Flying, nectar-loaded honey bees conserve water and improve heat tolerance by reducing wingbeat frequency and metabolic heat production. Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS). 

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5) 斑马鱼能量代谢测量技术

6) 人体能量代谢测量技术

7) 动物活动与生理指标（体温、心率等）监测技术

8) 测量参数包括：氧气消耗量（VO2）、二氧化碳产量（VCO2）、呼吸交换速率（RER）、能耗（EE，包括REE、AEE、TEE等）、热传导速率（Ct）、日代谢率（DEE）、最大代谢率（MRmax）、呼吸水分丧失（EWL）、能耗效率、EWL/RMR(表示肺的氧气摄取能力)等等。