Naukowcy wskazują pyłek jako sposób na ratowanie pszczół i upraw.

Wśród cichych sadów i kurczących się pól już teraz może działać cicha armia, która chroni pszczoły i jedzenie na naszych talerzach.

Nowe badania sugerują, że jedni z najskuteczniejszych sprzymierzeńców w walce z chorobami pszczół i infekcjami upraw ukrywają się na widoku - przyczepieni do ziaren pyłku i „podróżujący” na pszczołach miodnych podczas ich lotów po pożywienie.

Ukryci obrońcy w każdym ziarnie pyłku

Kolonie pszczół na całym świecie stają wobec nagromadzenia zagrożeń biologicznych: wirusów, bakterii, grzybów i pasożytów. W ulach zidentyfikowano ponad 30 różnych patogenów, a wiele z nich uszkadza larwy, od których zależy przetrwanie kolonii.

Jednocześnie tradycyjne metody leczenia zaczynają zawodzić. Antybiotyki stosowane w pszczelarstwie mogą zaburzać mikrobiom jelit pszczół i pozostawiać pozostałości w wosku oraz miodzie. Niektóre patogeny, w tym bakteria wywołująca zgnilec amerykański, wykazują obecnie wyraźne oznaki oporności.

Na tym ponurym tle naukowcy z Washington College oraz University of Wisconsin–Madison zajrzeli tam, gdzie niemal nikt wcześniej nie szukał: do mikrobiomu pyłku magazynowanego w ulach.

Pyłek to nie tylko pokarm dla pszczół. To gęsta, żywa społeczność mikroskopijnych sprzymierzeńców, która może kształtować zdrowie ula.

Zespół wyizolował 34 szczepy tzw. promieniowców (Actinobacteria) zarówno z pyłku roślin, jak i z pyłku przechowywanego w ulach pszczoły miodnej. Niemal trzy czwarte z nich należało do rodzaju Streptomyces - grupy bakterii słynącej w medycynie z produkcji naturalnie występujących antybiotyków.

Mikroby te znajdowano w kwiatach, na zbierających pyłek pszczołach oraz wewnątrz uli, co sugeruje stały przepływ między roślinami a zapylaczami. Gdy pszczoły przemieszczają się po krajobrazie, zbierając pyłek, zbierają i rozprowadzają również te społeczności bakteryjne.

Dlaczego różnorodność kwiatów ma znaczenie dla zdrowia pszczół

Okazało się, że różnorodność mikroorganizmów w pyłku silnie zależy od różnorodności roślin w otoczeniu. W krajobrazach pełnych różnych dzikich kwiatów i upraw społeczności bakteryjne w pyłku były bogatsze i bardziej złożone. Na terenach zdominowanych przez monokultury były wyraźnie uboższe.

To powiązanie ma istotne konsekwencje dla rolnictwa i ochrony przyrody. Sugeruje, że pola obsiane jedną uprawą mogą nie tylko ograniczać pszczołom dostęp do zróżnicowanego pożywienia, ale też pozbawiać je szerokiej puli korzystnych mikrobów.

• Krajobrazy mieszane, bogate w kwiaty: bogatszy korzystny mikrobiom w pyłku
  
• Monokultury: mniejsza różnorodność mikroorganizmów i mniej bakterii ochronnych
  
• Więcej gatunków roślin: więcej okazji do „goszczenia” użytecznych szczepów Streptomyces
  

Innymi słowy, różnorodność kwiatowa może pomagać budować mikrobiologiczne „tarcze” wokół kolonii pszczół, podczas gdy uproszczone krajobrazy po cichu te tarcze odbierają.

Naturalne antybiotyki, które zwalczają choroby pszczół i roślin

Badacze nie poprzestali na skatalogowaniu bakterii. Sprawdzili, jak szczepy Streptomyces bytujące w pyłku zachowują się w starciu z sześcioma kluczowymi patogenami: trzema atakującymi pszczoły i trzema uszkadzającymi ważne uprawy.

W laboratoryjnych testach „konkurencji” niemal wszystkie izolaty znacząco spowalniały wzrost Aspergillus niger - grzyba wywołującego chorobę zwaną grzybicą kamienną (stonebrood) u pszczół. Choroba ta infekuje larwy, zamieniając je w stwardniałe, „kamienne” mumie, które mogą cicho rozprzestrzeniać zakażenie w ulu.

Kilka szczepów działało również przeciwko Paenibacillus larvae, bakterii odpowiedzialnej za zgnilca amerykańskiego - jedną z najbardziej obawianych chorób w pszczelarstwie. Infekcja potrafi zniszczyć całe rodziny, a pszczelarzy często zmusza do spalania skażonych uli.

Po stronie roślin te same mikroby silnie oddziaływały na patogeny wywołujące zarazę ogniową, więdnięcia i zgnilizny korzeni, w tym choroby atakujące jabłonie, pomidory i ziemniaki. Infekcje te powodują na świecie duże straty ekonomiczne i często są zwalczane syntetycznymi pestycydami lub opryskami na bazie miedzi.

Te same bakterie z pyłku mogą bronić larwy pszczół i chronić jabłonie lub pomidory, łącząc zdrowie ula bezpośrednio z odpornością upraw.

Chemiczny „zestaw narzędzi” wytwarzany przez mikroby

Analizy genetyczne i chemiczne wykazały, że szczepy Streptomyces produkują szeroką gamę związków bioaktywnych, w tym:

Rodzina związków	Rola
PoTeMs (wielopierścieniowe makrolaktamy)	Cząsteczki przeciwdrobnoustrojowe o szerokim spektrum, które mogą zaburzać wzrost bakterii lub grzybów
Surugamidy	Cykliczne peptydy o silnym działaniu wobec różnych mikrobów
Loboforyny	Znane cząsteczki o działaniu antybiotykopodobnym, relatywnie mało toksyczne dla organizmów niebędących celem
Siderofory (związki wychwytujące żelazo)	„Głodzą” patogeny, odbierając im żelazo - kluczowy składnik odżywczy - oraz przekształcają środowisko mikrobiologiczne

Związki te bywają stabilne i działają na szeroki zakres organizmów docelowych, co czyni je atrakcyjnymi kandydatami zarówno dla pszczelarstwa, jak i ochrony upraw. W przeciwieństwie do wielu syntetycznych środków chemicznych są wytwarzane w żywym systemie już wplecionym w interakcje roślina–pszczoła.

Od symbiontów roślin do ochroniarzy ula

Kluczowa część tej historii dotyczy pochodzenia mikrobów. Badacze znaleźli markery genetyczne wskazujące, że bakterie nie są przypadkowymi „pasażerami na gapę”. To endofity - mikroorganizmy żyjące wewnątrz tkanek roślin bez wywoływania choroby.

Ich genomy zawierają geny pomagające im wnikać do roślin, przetrwać w ich wnętrzu, a nawet wspierać wzrost roślin poprzez wytwarzanie hormonów, takich jak auksyny i cytokininy. Produkują też siderofory, np. desferrioksaminę, które pomagają wiązać żelazo w glebie oraz wewnątrz roślinnych gospodarzy.

Gdy tworzą się kwiaty, te endofityczne bakterie docierają do struktur rozrodczych i trafiają do wnętrza lub na powierzchnię ziaren pyłku. Kiedy pszczoły przylatują zbierać pyłek, nieświadomie zbierają wraz z żółtym „pyłem” ładunek pożytecznych mikrobów.

Każdy lot po pożywienie może działać jak trasa dostaw mikrobiologicznych, przenosząc symbionty roślin do ula, gdzie nadal produkują cząsteczki ochronne.

W ulu pyłek jest ubijany, fermentowany i magazynowany jako „pierzga” (bee bread) - bogate w białko pożywienie dla larw i pszczół karmicielek. Szczepy Streptomyces kontynuują tam swoją aktywność, potencjalnie tworząc chemiczną barierę wokół tego kluczowego źródła pokarmu i rozwijającego się młodego pokolenia.

Trójstronne partnerstwo kształtujące rolnictwo

System ten tworzy uderzającą relację trójstronną: rośliny goszczą bakterie endofityczne, pszczoły je przenoszą, a ochronę zyskują zarówno pszczoły, jak i uprawy. Jakość tej relacji zależy od otaczającego środowiska.

Tam, gdzie występują żywopłoty, pasy dzikich kwiatów i zróżnicowane uprawy, sieć mikrobiologiczna jest bogatsza i bardziej odporna. Tam, gdzie krajobrazy są uproszczone, a pestycydy intensywnie stosowane, sieć może się rwać - osłabiając naturalne mechanizmy obronne kształtowane przez miliony lat.

W stronę strategii bez chemii dla pszczelarzy

Dziś wielu pszczelarzy opiera się na dwóch głównych antybiotykach - oksytetracyklinie i tylosynie - aby kontrolować choroby bakteryjne. Leki te mogą krótkoterminowo ratować ule, ale mają koszty uboczne: rozwój oporności, kumulację pozostałości oraz zaburzenia mikroorganizmów wewnętrznych pszczół wspierających trawienie i odporność.

Idea wyłaniająca się z tych badań polega na przejściu od bezwzględnego niszczenia mikrobów do ostrożnego dodawania tych ochronnych. Zamiast „zalewać” ule antybiotykami, pszczelarze mogliby wprowadzać wyselekcjonowane szczepy Streptomyces - najlepiej wyizolowane z lokalnych roślin - do ciasta pyłkowego lub specjalnych preparatów.

Wzmocnienie własnej mikrobiologicznej tarczy ula mogłoby ograniczyć zależność od antybiotyków o szerokim spektrum i utrzymać biologię pszczół bliżej stanu naturalnego.

Podejścia pilotażowe mogłyby obejmować powlekanie dokarmiania bakteriami pożytecznymi albo zaprawianie mieszanek nasion w pasach kwietnych tak, by rośliny rosły już skolonizowane przez ochronne endofity. Z czasem mikroby te krążyłyby naturalnie między kwiatami a ulami.

Korzyści uboczne dla rolników i bezpieczeństwa żywnościowego

Te same bakterie, które chronią larwy pszczół przed grzybicą kamienną i zgnilcem, działają też przeciwko zarazie ogniowej jabłoni lub chorobom więdnięcia warzyw. To otwiera perspektywę wspólnych, niskoemisyjnych (o małym wpływie) narzędzi wspierających zarówno zapylacze, jak i plony.

W systemach uprawnych preparaty oparte na Streptomyces mogłyby być stosowane na nasiona, korzenie lub liście, aby ustanowić ochronne społeczności zanim uderzą patogeny. Stosowane równolegle z odtwarzaniem siedlisk i ograniczeniem pestycydów mogłyby stać się częścią zintegrowanej ochrony roślin, która współgra z ochroną pszczół zamiast ją podważać.

Kluczowe pojęcia i scenariusze z życia

Dla czytelników niezwiązanych na co dzień z mikrobiologią warto doprecyzować kilka pojęć:

• Endofit: mikroorganizm żyjący wewnątrz tkanek rośliny bez wywoływania choroby, często przynoszący korzyści, takie jak wspomaganie wzrostu lub ochrona przed patogenami.
  
• Mikrobiom: pełen zbiór bakterii, grzybów i innych mikroorganizmów żyjących w danym środowisku - od ziarna pyłku po ul.
  
• Związek przeciwdrobnoustrojowy: substancja chemiczna, która może spowalniać lub zatrzymywać wzrost drobnoustrojów, takich jak bakterie czy grzyby.
  

Wyobraź sobie typowy sad towarowy: rzędy jabłoni, kilka uli przywiezionych do zapylania i regularne opryski fungicydami. W takim otoczeniu mikrobiom pyłku może być stosunkowo ubogi, a zabiegi chemiczne mogą ograniczać nie tylko patogeny, ale i pożyteczne bakterie.

Teraz porównaj to z gospodarstwem zróżnicowanym, które pozostawia obrzeża z dzikimi kwiatami, miesza uprawy i ogranicza pestycydy. Tutaj pszczoły korzystają z szerszego „bufetu” roślin obfitujących w różne endofity. Do uli stale napływają mikroby ochronne, a te same bakterie kolonizują korzenie i liście, ograniczając choroby upraw, zanim zdążą się rozwinąć.

Wciąż istnieją ryzyka i pytania bez odpowiedzi. Wprowadzenie niewłaściwego szczepu mogłoby zaburzyć istniejącą równowagę mikrobiologiczną. Zastosowania na dużą skalę wymagają starannych testów, by uniknąć niezamierzonych skutków dla życia glebowego lub owadów niebędących celem. Mimo to podejście to przesuwa dyskusję z „Jak zabić patogen?” na „Jak odbudować sieci ochronne, które kiedyś trzymały go w ryzach?”.

W miarę jak presja na systemy żywnościowe rośnie z powodu zmian klimatu i utraty bioróżnorodności, ziarna pyłku unoszące się nad polem zaczynają wyglądać mniej jak kurz, a bardziej jak precyzyjnie dostrojone nośniki odporności - jeśli naukowcy, rolnicy i pszczelarze zechcą z nimi współpracować.