2024 年 PNAS 揭示攜帶花蜜的飛行蜜蜂通過能量代謝調整表現出非凡的耐熱性

由于氣候變化，熱浪變得越來越普遍，因此識別和了解蜜蜂等昆蟲傳粉媒介避免過熱的能力至關重要。近期懷俄明大學（University of Wyoming）的科研人員研究了炎熱干燥的空氣溫度對蜜蜂在攜帶花蜜負載飛行時的生理和行為機制的影響，以評估過熱或干燥如何限制蜜蜂 

實驗利用SSI昆蟲呼吸代謝系統測量了三種不同氣溫（20、30和40℃）下攜帶花蜜負載的蜜蜂的飛行肌肉溫度、飛行代謝率和水分流失率，并在25和40℃的氣溫下通過高速視頻測量了翅膀運動學。之后作者使用這些數據和先前的文獻來模擬蜜蜂飛行的熱量限制。

圖1 氣溫和花蜜負載對蜜蜂（A）飛行肌肉溫度和（B）代謝率的影響，沒有發現氣溫和花蜜負荷對飛行代謝率有顯著的交互作用（LMM：n=141，df=2，χ²=2.3，P=0.32）。在20℃和30℃的氣溫下飛行的蜜蜂的代謝率隨著花蜜負荷的增加而增加，斜率非常相似（圖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℃氣溫下，飛行代謝率不受花蜜負荷的顯著影響（LM：40℃：斜率=0.18，下95%=-0.01，上95%=0.37;圖1B），平均飛行代謝率明顯低于在20和30℃氣溫下觀察到的（LMM：n=141，df=2，χ²=80.2，P<0.0001;圖 1B）。飛行代謝率在整個質量范圍內增加了約30%（圖1B），負荷的影響解釋了22和20℃空氣溫度蜜蜂飛行代謝率變化的30%。

圖2 不同溫度下蜜蜂的水分流失速率，在40℃時，蜜蜂的水分流失率隨著花蜜負荷的增加而增加，但在20或30℃的氣溫下沒有增加。總體重是蜜蜂的質量加上它攜帶的花蜜負荷。每個點代表一只單獨測量的蜜蜂。回歸線及其相應的95%置信限表示總質量對水流失率的統計學顯著影響。

圖3 飛行肌肉溫度對負載和卸載飛行蜜蜂代謝產熱和蒸發熱損失的交互作用，數據匯總了所有外部空氣溫度。每個點代表一只單獨測量的蜜蜂。

總的研究結果表明，在20或30℃的空氣溫度下，飛行肌肉溫度隨著負載質量的增加而線性增加，但值得注意的是，在40℃的空氣溫度下，隨著花蜜負荷的增加，飛行肌肉溫度沒有變化。飛行的、充滿花蜜的蜜蜂能夠通過降低飛行代謝率和增加蒸發冷卻來避免在40℃時過熱。在高體溫下，蜜蜂通過降低翅膀拍動頻率和增加行程幅度來補償飛行效率，從而減少對蒸發冷卻的需求。然而，即使代謝熱量產生減少，干燥也可能限制在遠低于蜜蜂在炎熱干燥條件下的臨界熱最大值的溫度下覓食，從而損害蜜蜂提供的關鍵授粉服務。

參考文獻：

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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3) 大鼠、小鼠等實驗動物能量代謝測量技術

4) 靈長類能量代謝測量技術

5) 斑馬魚能量代謝測量技術

6) 人體能量代謝測量技術

7) 動物活動與生理指標（體溫、心率等）監測技術

8) 測量參數包括：氧氣消耗量（VO2）、二氧化碳產量（VCO2）、呼吸交換速率（RER）、能耗（EE，包括REE、AEE、TEE等）、熱傳導速率（Ct）、日代謝率（DEE）、最大代謝率（MRmax）、呼吸水分喪失（EWL）、能耗效率、EWL/RMR(表示肺的氧氣攝取能力)等等。