Шмель (или шмель , bumble -bee , или humble-bee ) — любой из более чем 250 видов рода Bombus , части Apidae , одного из семейств пчел . Этот род является единственной сохранившейся группой в трибе Bombini , хотя несколько вымерших родственных родов (например, Calyptapis ) известны по ископаемым остаткам . Они встречаются в основном на больших высотах или широтах в Северном полушарии , хотя они также встречаются в Южной Америке, где было идентифицировано несколько видов тропических равнин. Европейские шмели также были завезены в Новую Зеландию и Тасманию . Самки шмелей могут жалить неоднократно, но обычно игнорируют людей и других животных.
Большинство шмелей — общественные насекомые, которые образуют колонии с одной королевой. Колонии меньше, чем у медоносных пчел , и в гнезде насчитывается всего 50 особей. Шмели-кукушки — это выводковые паразиты , они не строят гнезд и не образуют колоний; их королевы агрессивно вторгаются в гнезда других видов шмелей, убивают местных королев, а затем откладывают собственные яйца, о которых заботятся местные рабочие. Шмели-кукушки ранее были классифицированы как отдельный род, но теперь их обычно относят к роду Bombus .
У шмелей круглые тела, покрытые мягкими волосами (длинными разветвленными щетинками ), называемыми «ворсом», из-за чего они кажутся и ощущаются пушистыми. У них апосематическая (предупреждающая) окраска , часто состоящая из контрастных полос цвета, и разные виды шмелей в регионе часто похожи друг на друга во взаимной защитной мюллеровской мимикрии . Безобидные насекомые, такие как журчалки, часто получают защиту от похожих шмелей в бейтсовской мимикрии и могут быть спутаны с ними. Шмелей, вьющих гнезда, можно отличить от таких же крупных, пушистых шмелей-кукушек по форме задней ноги самки. У гнездящихся шмелей она видоизменена, образуя пыльцевую корзинку , голую блестящую область, окруженную бахромой волосков, используемых для переноса пыльцы , тогда как у шмелей-кукушек задняя нога волосатая по всему периметру, и они никогда не переносят пыльцу.
Как и их родственники медоносные пчелы, шмели питаются нектаром , используя свои длинные волосатые языки, чтобы лакать жидкость; хоботок сложен под головой во время полета. Шмели собирают нектар, чтобы пополнить запасы в гнезде, и пыльцу, чтобы кормить свое потомство. Они ищут корм, используя цвет и пространственные отношения, чтобы определить цветы, с которых нужно питаться. Некоторые шмели крадут нектар , делая отверстие у основания цветка, чтобы получить доступ к нектару, избегая при этом переноса пыльцы. Шмели являются важными сельскохозяйственными опылителями , поэтому сокращение их численности в Европе, Северной Америке и Азии вызывает беспокойство. Сокращение численности было вызвано потерей среды обитания , механизацией сельского хозяйства и пестицидами .
Слово «шмель» является соединением слов «bumble» и «bee» — «bumble» означает жужжать, гудеть, гудеть или двигаться неумело или неуклюже. [1] Родовое название Bombus , присвоенное Пьером Андре Латрейлем в 1802 году, происходит от латинского слова, обозначающего жужжащий или гудящий звук, заимствованного из древнегреческого βόμβος ( bómbos ). [2]
Согласно Оксфордскому словарю английского языка (OED), термин «bumblebee» впервые был зафиксирован как используемый в английском языке в работе 1530 года Lesclarcissement Джона Пэлсгрейва , «I bomme, as a bombyll bee dothe». [3] Однако OED также утверждает, что термин «humblebee» предшествовал ему, впервые употребленный в 1450 году в Fysshynge wyth Angle , «In Juyll the greshop & the humbylbee in the medow». [4] Последний термин был использован в «Сне в летнюю ночь » ( около 1600 года ) Уильяма Шекспира , «The honie-bags steale from the humble Bees». [5] Похожие термины используются и в других германских языках, таких как немецкий Hummel ( древневерхненемецкий humbala ), [6] голландский hommel или шведское humla .
Старое провинциальное название «dumbledor» также обозначало жужжащее насекомое, такое как шмель или майский жук , «dumble», вероятно, имитировало звук этих насекомых, в то время как « dor » означало «жук». [7]
В труде «О происхождении видов» (1859) Чарльз Дарвин размышлял о «шмелях» и их взаимодействии с другими видами: [8]
У меня есть [...] основания полагать, что шмели незаменимы для опыления анютиных глазок ( Viola tricolor ), поскольку другие пчелы не посещают этот цветок. Из экспериментов, которые я провел, я обнаружил, что визиты пчел, если и не незаменимы, то, по крайней мере, весьма полезны для опыления наших клеверов; но только шмели посещают обыкновенный красный клевер ( Trifolium pratense ), поскольку другие пчелы не могут добраться до нектара.
Однако слово «шмель» по-прежнему употреблялось, например, в «Сказке о миссис Титтлмаус» (1910) Беатрис Поттер : «Вдруг за углом она встретила Баббитти Бамбл — «Зизз, Бизз, Биззз!» — сказал шмель». После Второй мировой войны слово «шмель» почти полностью вышло из употребления. [9]
Триба шмелей Bombini является одной из четырех групп пчел-корбикулят (с корзинками для пыльцы) в Apidae , другие - Apini (медоносные пчелы), Euglossini ( орхидейные пчелы ) и Meliponini (безжалые пчелы). Пчелы-корбикуляты являются монофилетической группой. Продвинутое эусоциальное поведение, по-видимому, развилось в группе дважды, что породило споры, в настоящее время в значительной степени решенные, относительно филогенетического происхождения четырех триб; предполагалось, что эусоциальное поведение развилось только один раз, требуя, чтобы Apini были близки к Meliponini, на которых они не похожи. Сейчас считается, что Apini (с развитыми обществами) и Euglossini тесно связаны, в то время как примитивно эусоциальные Bombini близки к Meliponini, которые имеют несколько более продвинутое эусоциальное поведение. Софи Кардинал и Брайан Дэнфорт комментируют, что «хотя гипотеза о двойном происхождении развитой эусоциальности и замечательна, она согласуется с ранними исследованиями морфологии и социального поведения корбикулят». [10] Их анализ, объединяющий молекулярные , морфологические и поведенческие данные, дает следующую кладограмму : [10]
Согласно этой гипотезе, молекулярные данные свидетельствуют о том, что возраст Bombini составляет от 25 до 40 миллионов лет, в то время как возраст Meliponini (и, следовательно, клады, включающей Bombini и Meliponini) составляет от 81 до 96 миллионов лет, что примерно равно возрасту группы корбикул. [10]
Однако более поздняя филогения, использующая данные транскриптома из 3647 генов десяти видов пчел-корбикул, подтверждает гипотезу единого происхождения эусоциальности у пчел-корбикул. [11] Они обнаружили, что Bombini на самом деле является сестрой Meliponini, что подтверждает предыдущее открытие Софи Кардинал и Брайана Дэнфорта (2011). Однако Ромигье и др. (2015) показывают, что Bombini, Meliponini и Apini образуют монофилетическую группу, где Apini разделяет самого последнего общего предка с кладой Bombini и Meliponini, в то время как Euglossini наиболее отдаленно связана со всеми тремя, поскольку у нее нет того же самого последнего общего предка, что и у Bombini, Meliponini и Apini. Таким образом, их анализ подтверждает гипотезу единого происхождения эусоциальности среди пчел-корбикул, у которых эусоциальность развилась у общего предка Bombini, Apini и Meliponini.
Ископаемая летопись пчел ограничена, и к 2019 году было описано около 14 видов, которые, возможно, являются Bombini. Единственными родственниками Bombus у Bombini являются позднеэоценовый Calyptapis florissantensis из формации Флориссант , США, и Oligobombus cuspidatus из мергелей Бембридж острова Уайт . [12] [13] Два вида Bombus были описаны из олигоцена Бешконака , Буджак, Турция: Bombus (Mendacibombus) beskonakensis [14] и Bombus (Paraelectrobombus) patriciae . Оба вида изначально были помещены в роды, которые на момент описания считались выходящими за пределы Bombus , и изначально назывались Oligoapis beskonakensis и Paraelectrobombus patriciae соответственно, однако повторное исследование передних крыльев привело к тому, что оба вида стали считаться видами Bombus [15] В 2012 году в Рандек-Мааре в Германии был найден ископаемый шмель из миоцена , который был классифицирован как Bombus (Bombus) randeckensis . [14] В 2014 году другой вид, Bombus cerdanyensis , был описан из позднемиоценовых озерных отложений Ла-Серданья, Испания, но изначально не был отнесен ни к одному подроду. [16] Вид Bombus trophonius был описан в октябре 2017 года и помещен в подрод Bombus Cullumanobombus . [17] Переописание ископаемых остатков Bombini Дехоном и др . ( 2019 ) привело к синонимизации рода Oligoapis с подродом Bombus Mendacibombus и размещению рода Paraelectrobombus как подрода Bombus Paraelectrobombus , а не как рода в Electrobombini. Подрод Cullumanobombus был расширен за счет включения не только Bombus trophonius , но и Bombus randeckensis , который был перемещен из подрода Bombus и Bombus pristinus , впервые описанного Унгером (1867). В пределах подрода Melanobombus в ископаемых остатках присутствует только Bombus cerdanyensis . Еще три вида,"Bombus" luianus , "Bombus" anacolus и "Bombus" dilectus были отнесены к Bombus из среднего миоцена формации Шаньван в Китае Чжаном ( 1990 ) и Чжаном и др. ( 1994 ). Из-за того, что им не удалось изучить типовые образцы Чжана , а только иллюстрации ископаемых, Дехон и др. не поместили эти три вида в какие-либо конкретные подроды и считали все три "species inquirenda", требующими более полного повторного изучения. Два других вида вообще не были изучены Дехоном и др .: Bombus? crassipes из позднемиоценовых отложений Кроттензее в Чешской Республике и Bombus proavus из среднего миоцена формации Латах в США. [15]
Род Bombus , единственный сохранившийся род в трибе Bombini, включает более 250 видов; [18] для обзора различий между шмелями и другими пчелами и осами см. характеристики обычных ос и пчел . Род был разделен по-разному на до 49 подродов, степень сложности подверглась критике Уильямсом (2008). [19] Шмели-кукушки Psithyrus иногда рассматривались как отдельный род, но теперь считаются частью Bombus , в одном или нескольких подродах. [19]
Примеры видов Bombus включают Bombus pauloensis , Bombus dahlbomii , Bombusfervidus , Bombus lapidarius , Bombus Ruderatus и Bombus rupestris .
Шмели различаются по внешнему виду, но, как правило, пухлые и густо покрытые мехом. Они крупнее, шире и плотнее медоносных пчел, а кончик их брюшка более округлый. У многих видов есть широкие цветные полосы, узоры которых помогают различать разные виды. В то время как у медоносных пчел короткие языки, и поэтому они в основном опыляют открытые цветы, некоторые виды шмелей имеют длинные языки и собирают нектар с цветов, которые закрыты в трубку. [20] У шмелей меньше полос (или их нет), и обычно часть тела покрыта черным мехом, в то время как у медоносных пчел много полос, включая несколько серых полос на брюшке. [21] Размеры сильно различаются даже внутри вида; у самого крупного британского вида, B. terrestris , королевы достигают 22 мм (0,9 дюйма) в длину, самцы — до 16 мм (0,6 дюйма) в длину, а рабочие — от 11 до 17 мм (0,4–0,7 дюйма) в длину. [22] Самый большой вид шмелей в мире — B. dahlbomii из Чили, длиной около 40 мм (1,6 дюйма), его описывают как «летающих мышей» и «чудовищных пушистых рыжих зверей». [23]
Шмели обычно встречаются в умеренном климате и часто встречаются на более высоких широтах и высотах, чем другие пчелы, хотя существует несколько видов тропических низменностей. [24] Несколько видов ( B. polaris и B. alpinus ) обитают в очень холодном климате, где другие пчелы могут не встречаться; B. polaris встречается на севере острова Элсмир в высокой Арктике вместе с другим шмелем B. hyperboreus , который паразитирует в его гнезде. Это самое северное местонахождение любого эусоциального насекомого. [25] Одной из причин их присутствия в холодных местах является то, что шмели могут регулировать температуру своего тела с помощью солнечной радиации , внутренних механизмов «дрожи» (называемых гетеротермией ) и противоточного обмена для сохранения тепла. [26] Другие пчелы имеют схожую физиологию , но эти механизмы кажутся лучше всего развитыми и наиболее изученными у шмелей. [27] Они адаптируются к более высоким высотам, увеличивая амплитуду взмахов крыльев. [28] Шмели распространены по всему миру , но отсутствуют в Австралии (кроме Тасмании, куда они были завезены [29] ) и встречаются в Африке только к северу от Сахары. [30] Более ста лет назад они были завезены в Новую Зеландию, где играют важную роль в качестве эффективных опылителей. [31]
Язык шмеля ( хоботок ) представляет собой длинную волосатую структуру, которая простирается от похожей на оболочку модифицированной верхней челюсти. Основное действие языка — лакание, то есть многократное погружение языка в жидкость. [32] Кончик языка, вероятно, действует как присоска, и во время лакания нектар может втягиваться в хоботок капиллярным действием . В состоянии покоя или полета хоботок держится сложенным под головой. Чем длиннее язык, тем глубже шмель может проникнуть в цветок, и пчелы, вероятно, на собственном опыте узнают, какой источник цветка лучше всего подходит для их длины языка. [33] Пчелам с более короткими хоботками, таким как Bombus bifarius , труднее добывать нектар по сравнению с другими шмелями с более длинными хоботками; чтобы преодолеть этот недостаток, рабочие B. bifarius, как было замечено, облизывают заднюю часть шпор на нектарном протоке, что приводило к небольшому вознаграждению. [34]
Экзоскелет брюшка разделен на пластины, называемые дорсальными тергитами и вентральными стернитами . Воск выделяется железами на брюшке и выдавливается между стернитами, где он напоминает хлопья перхоти . Его выделяет королева, когда она начинает гнездо, и молодые рабочие. Он соскребается с брюшка ногами, формуется до пластичного состояния и используется при строительстве медовых горшков, для покрытия яиц, для выстилания пустых коконов для использования в качестве контейнеров для хранения и иногда для покрытия внешней части гнезда. [35]
Ярко окрашенная куча шмеля является апосематически (предупреждающим) сигналом, учитывая, что самки могут нанести болезненный укус. В зависимости от вида и морфы предупреждающие цвета варьируются от полностью черного до ярко-желтого, красного, оранжевого, белого и розового. [36] Двукрылые мухи в семействах Syrphidae (журчалки), Asilidae (мухи-грабители), Tabanidae (слепни), Oestridae (мухи-воровки) и Bombyliidae (мухи-пчелы, такие как Bombylius major ) включают в себя бейтсовских имитаторов шмелей, достаточно похожих на них, чтобы обмануть по крайней мере некоторых хищников. [37]
Многие виды Bombus , включая группу, иногда называемую Psithyrus (шмели-кукушки), развили мюллеровскую мимикрию , при которой разные шмели в регионе похожи друг на друга, так что молодому хищнику нужно научиться избегать любого из них только один раз. Например, в Калифорнии группа шмелей состоит в основном из черных видов, включая B. californicus , B. caliginosus , B. vandykei , B. vosnesenskii , B. insularis и B. fernaldae . Другие пчелы в Калифорнии включают группу видов, все из которых имеют черные и желтые полосы. В каждом случае мюллеровская мимикрия обеспечивает пчелам в группе селективное преимущество. [37] Кроме того, паразитические (кукушковые) шмели похожи на своих хозяев больше, чем можно было бы ожидать случайно, по крайней мере, в таких областях, как Европа, где распространено совместное видообразование паразит-хозяин; но это также можно объяснить как мюллеровскую мимикрию, а не как необходимость окраски паразита для обмана хозяина ( агрессивная мимикрия ). [38]
Шмели активны в условиях, когда медоносные пчелы и другие более мелкие пчелы остаются дома, и могут легко поглощать тепло даже от слабого солнечного света. [39] Густой ворс, созданный длинными щетинками (щетинками), действует как изоляция, чтобы согреть шмелей в холодную погоду; виды из холодного климата имеют более длинные щетинки (и, следовательно, более толстую изоляцию), чем виды из тропиков. [40] Температура летательных мышц, которые занимают большую часть грудной клетки, должна быть не менее 30 °C (86 °F) для того, чтобы мог состояться полет. Температуру мышц можно повысить с помощью дрожи. Для достижения этой температуры мышцам требуется около пяти минут при температуре воздуха 13 °C (55 °F). [41]
Температура озноба в отношении летающих насекомых — это температура, при которой летательные мышцы не могут быть активированы. По сравнению с медоносными пчелами и пчелами-плотниками, у шмелей самая низкая температура озноба. Из всех шмелей самая низкая у Bombus bimaculatus — 7 °C (45 °F). Однако было замечено, что шмели летают при более низких температурах окружающей среды. Это несоответствие, вероятно, связано с тем, что температура озноба была определена в ходе испытаний, проведенных в лабораторных условиях. Однако шмели живут в изолированных укрытиях и могут дрожать, чтобы согреться, прежде чем отправиться на холод. [42]
У шмелей нет ушей, и неизвестно, слышат ли они и насколько хорошо. Однако они чувствительны к вибрациям, создаваемым звуком, проходящим через дерево или другие материалы. [35]
Шмели не демонстрируют « пчелиные танцы », которые используют медоносные пчелы, чтобы сообщать другим рабочим о местонахождении источников пищи. Вместо этого, когда они возвращаются из успешной экспедиции за пищей, они возбужденно бегают по гнезду в течение нескольких минут, прежде чем снова выйти на поиски пищи. Эти пчелы могут предлагать некоторую форму общения, основанную на жужжащих звуках, издаваемых их крыльями, которые могут стимулировать других пчел начать поиски пищи. [43] Другим стимулом для активности поиска пищи является уровень запасов пищи в колонии. Пчелы следят за количеством меда в медовых горшках, и когда его остается мало или когда добавляется высококачественная пища, они с большей вероятностью выйдут на поиски пищи. [44]
Было замечено, что шмели принимают участие в социальном обучении . В исследовании 2017 года с участием Bombus terrestris пчел учили выполнять неестественную задачу перемещения больших объектов, чтобы получить вознаграждение. Пчелы, которые сначала наблюдали, как другая пчела выполняет задачу, были значительно более успешными в обучении задаче, чем пчелы, которые наблюдали то же действие, выполняемое магнитом, что указывает на важность социальной информации. Пчелы не копировали друг друга в точности: на самом деле, исследование показало, что пчелы вместо этого пытались подражать целям друг друга . [45] [46]
Размер гнезда зависит от вида шмеля. Большинство образуют колонии от 50 до 400 особей, [47] но были зарегистрированы колонии от ~20 особей до ~1700. [48] Эти гнезда малы по сравнению с ульями медоносных пчел, которые вмещают около 50 000 пчел. Многие виды гнездятся под землей, выбирая старые норы грызунов или защищенные места и избегая мест, которые получают прямой солнечный свет, который может привести к перегреву. Другие виды строят гнезда над землей, будь то в густой траве или в дуплах деревьев. Гнездо шмеля не организовано в шестиугольные соты, как у медоносной пчелы; вместо этого ячейки сгруппированы вместе неаккуратно. Рабочие удаляют мертвых пчел или личинок из гнезда и откладывают их снаружи входа в гнездо, помогая предотвратить болезни. Гнезда в умеренных регионах существуют только один сезон и не переживают зиму. [47]
Ранней весной королева выходит из диапаузы и находит подходящее место для создания своей колонии. Затем она строит восковые ячейки, в которые откладывает яйца, оплодотворенные в предыдущем году. Из вылупившихся яиц развиваются самки-работницы, и со временем королева заселяет колонию, а рабочие кормят птенцов и выполняют другие обязанности, похожие на обязанности рабочих пчел. В умеренных зонах молодые королевы ( самки ) покидают гнездо осенью и спариваются , часто не один раз, с самцами ( трутнями ), которых насильно изгоняют из колонии. [49] Трутни и рабочие умирают, когда погода становится холоднее; молодые королевы интенсивно питаются, чтобы накопить запасы жира на зиму. Они выживают в состоянии покоя (диапауза), как правило, под землей, пока погода не потеплеет весной, и ранний шмель является видом, который появляется одним из первых. [49] [50] [51] Многие виды шмелей следуют этой общей тенденции в течение года. Bombus pensylvanicus — вид, который следует этому типу цикла колонии. [52] Для этого вида цикл начинается в феврале, размножение начинается в июле или августе и заканчивается в зимние месяцы. Королева остается в спячке до весны следующего года, чтобы оптимизировать условия для поиска гнезда. [53]
У оплодотворенных маток яичники активизируются только тогда, когда матка начинает откладывать яйца. Яйцо проходит по яйцеводу во влагалище, где находится камера, называемая сперматекой , в которой хранится сперма от спаривания. В зависимости от необходимости она может позволить оплодотворить свое яйцо. Неоплодотворенные яйца становятся гаплоидными самцами; оплодотворенные яйца вырастают в диплоидных самок и маток. [55] Гормоны , стимулирующие развитие яичников, подавляются у самок рабочих пчел, в то время как матка остается доминирующей. [49]
Чтобы развиваться, личинки должны питаться как нектаром для углеводов , так и пыльцой для белка . Шмели кормят личинок нектаром, прогрызая небольшое отверстие в ячейке расплода, в которое они отрыгивают нектар. Личинки питаются пыльцой одним из двух способов, в зависимости от вида шмеля. Шмели, делающие карманы, создают карманы пыльцы у основания комка ячеек расплода, из которого личинки питаются. Шмели, запасающие пыльцу, хранят пыльцу в отдельных восковых горшках и кормят ею личинок. [56]
После появления первой или второй группы потомства рабочие берут на себя задачу добычи пищи, а королева проводит большую часть своего времени, откладывая яйца и заботясь о личинках. Колония постепенно разрастается и в конечном итоге начинает производить самцов и новых королев. [49] Рабочие шмели могут откладывать неоплодотворенные гаплоидные яйца (только с одним набором хромосом ), которые развиваются в жизнеспособных самцов шмелей. Только оплодотворенные королевы могут откладывать диплоидные яйца (один набор хромосом от трутня, один от королевы), которые созревают в рабочих и новых королев. [57]
В молодой колонии королева минимизирует репродуктивную конкуренцию со стороны рабочих, подавляя их кладку яиц посредством физической агрессии и феромонов . [58] Контроль рабочих приводит к тому, что почти все яйца, отложенные рабочими, съедаются. [59] Таким образом, королева обычно является матерью всех первых отложенных самцов. Рабочие в конечном итоге начинают откладывать мужские яйца позже в сезон, когда способность королевы подавлять их воспроизводство снижается. [60] Из-за репродуктивной конкуренции между рабочими и королевой шмели считаются «примитивно эусоциальными». [10] [59]
Хотя подавляющее большинство шмелей следуют таким моногинным циклам колоний, в которых участвует только одна королева, некоторые избранные виды Bombus (например, Bombus pauloensis ) проводят часть своего жизненного цикла в полигинной фазе (имеют несколько королев в одном гнезде в течение этих периодов полигинии). [61]
Шмели обычно посещают цветы, которые демонстрируют синдром опыления пчелами , и эти участки цветов могут находиться на расстоянии до 1–2 км от их колонии. [62] Они, как правило, посещают одни и те же участки цветов каждый день, пока они продолжают находить там нектар и пыльцу, [63] привычка, известная как постоянство опылителя или цветка . Во время поиска пищи шмели могут развивать скорость до 15 м/с (54 км/ч). [64]
Шмели используют сочетание цвета и пространственных отношений, чтобы узнать, с каких цветов им кормиться. [65] Они также могут обнаруживать как наличие, так и структуру электрических полей на цветах, которые возникают из-за атмосферного электричества и требуют некоторого времени, чтобы утечь в землю. Они используют эту информацию, чтобы узнать, посещала ли недавно цветок другая пчела. [66] Шмели могут определять температуру цветов, [67] а также какие части цветка горячее или холоднее [68] и используют эту информацию для распознавания цветов. Прибыв на цветок, они извлекают нектар с помощью своих длинных языков (« glossae ») и хранят его в своих посевах . Многие виды шмелей также демонстрируют «кражу нектара»: вместо того, чтобы вставлять ротовые части в цветок обычным способом, эти пчелы прокусывают непосредственно основание венчика, чтобы извлечь нектар, избегая переноса пыльцы. [69]
Пыльца удаляется с цветов преднамеренно или случайно шмелями. Случайное удаление происходит, когда шмели соприкасаются с пыльниками цветка во время сбора нектара. Когда он попадает в цветок, волоски на теле шмеля получают пыльцу из пыльников. У королев и рабочих это затем собирается в корбикулы ( корзинки для пыльцы) на задних ногах, где ее можно увидеть как выпуклые массы, которые могут содержать до миллиона пыльцевых зерен. У самцов шмелей нет корбикул, и они не собирают пыльцу намеренно. [70] Шмели также способны к опылению жужжанием , при котором они выбивают пыльцу из пыльников, создавая резонансную вибрацию с помощью своих летательных мышц. [71]
По крайней мере, у некоторых видов, как только шмель посещает цветок, он оставляет на нем пахучий след. Этот пахучий след отпугивает шмелей от посещения этого цветка, пока запах не ослабеет. [72] Этот пахучий след представляет собой общий химический букет, который шмели оставляют в разных местах (например, в гнезде, на нейтральной территории и в местах питания), [73] и они учатся использовать этот букет для определения как полезных, так и неполезных цветов, [74] и могут определять, кто еще посетил цветок. [75] Шмели больше полагаются на этот химический букет, когда цветок требует много времени для обработки, то есть когда пчеле требуется больше времени, чтобы найти нектар внутри цветка. [76]
Собрав нектар и пыльцу, самки-работницы возвращаются в гнездо и кладут урожай в ячейки расплода или в восковые ячейки для хранения. В отличие от медоносных пчел, шмели запасают пищу только на несколько дней, поэтому они гораздо более уязвимы к нехватке пищи. [77] Самцы-шмели собирают только нектар и делают это, чтобы прокормить себя. Они могут посещать совсем другие цветы, чем рабочие, из-за их различных потребностей в питании. [78]
Пчелы бьют крыльями примерно 200 раз в секунду. Их грудные мышцы не сокращаются при каждой активации нерва, а вибрируют, как щипковая резинка. Это эффективно, так как позволяет системе, состоящей из мышц и крыльев, работать на своей резонансной частоте, что приводит к низкому потреблению энергии. Кроме того, это необходимо, так как двигательные нервы насекомых обычно не могут активироваться 200 раз в секунду. [79] Эти типы мышц называются асинхронными мышцами [80] и встречаются в системах крыльев насекомых в таких семействах, как перепончатокрылые, двукрылые, жесткокрылые и полужесткокрылые . [79] Шмели должны значительно разогревать свои тела, чтобы подняться в воздух при низких температурах окружающей среды. Используя этот метод, шмели могут достичь внутренней температуры грудной клетки 30 °C (86 °F). [27] [81]
Шмели подрода Psithyrus (известные как «шмели-кукушки» и ранее считавшиеся отдельным родом) являются паразитами выводка [82] , иногда называемыми клептопаразитами [83] в колониях других шмелей, и утратили способность собирать пыльцу. Перед тем как найти и вторгнуться в колонию-хозяина, самка Psithyrus , например, вида Psithyrus B. sylvestris [84] , питается непосредственно цветами. После того, как она проникла в колонию-хозяина, самка Psithyrus убивает или подчиняет себе королеву этой колонии и использует феромоны и физические атаки, чтобы заставить рабочих этой колонии кормить ее и ее потомство. [85] Обычно шмелей-кукушек можно описать как инквилинов , нетерпимых к королеве , поскольку королеву-хозяина часто убивают, чтобы паразит мог произвести больше потомства, [82] хотя некоторые виды, такие как B. bohemicus , на самом деле добиваются большего успеха, когда оставляют королеву-хозяина в живых. [86]
Самка Psithyrus имеет ряд морфологических адаптаций для боя, таких как более крупные мандибулы, жесткая кутикула и более крупный ядовитый мешок, которые увеличивают ее шансы захватить гнездо. [87] После выхода из коконов самцы и самки Psithyrus рассредоточиваются и спариваются. Самцы не переживают зиму, но, как и непаразитические королевы шмелей, самки Psithyrus находят подходящие места для зимовки и впадают в диапаузу после спаривания. Обычно они выходят из спячки позже, чем их виды-хозяева. Каждый вид шмеля-кукушки имеет определенный вид-хозяина, на который он может физически напоминать. [88] В случае паразитизма B. terrestris на B. (Psithyrus) vestalis генетический анализ особей, пойманных в дикой природе, показал, что около 42% гнезд видов-хозяев в одном месте [a] «[проиграли] борьбу со своим паразитом». [82]
Шмели-королевы и рабочие шмели могут жалить . В отличие от медоносных пчел, жало шмеля не имеет зазубрин, поэтому пчела может жалить многократно, не оставляя жало в ране и тем самым не травмируя себя. [89] [90] Шмели обычно не агрессивны, но могут жалить, защищая свое гнездо или если им причинен вред. Самки шмелей-кукушек агрессивно нападают на членов колонии хозяев и жалят королеву-хозяина, но игнорируют других животных, если их не потревожить. [91]
Укус болезнен для человека, но в большинстве случаев не имеет медицинского значения, хотя может вызвать аллергическую реакцию у восприимчивых людей. [ необходима цитата ]
Шмели, несмотря на свою способность жалить, поедаются некоторыми хищниками. Гнезда могут быть выкопаны барсуками и съедены целиком, включая любых присутствующих взрослых особей. [92] На взрослых особей охотятся мухи-грабители и пчелиные волки в Северной Америке. [93] В Европе птицы, включая щурок и сорокопутов, ловят взрослых шмелей на лету; более мелкие птицы, такие как большие синицы, также иногда учатся ловить шмелей, в то время как замаскированные пауки-крабы ловят их, когда они посещают цветы. [94]
Большой серый сорокопут способен обнаружить летающих шмелей на расстоянии до 100 м (330 футов); после поимки жало удаляется путем многократного сдавливания насекомого челюстями и протирания брюшка о ветку. [95] Европейский осоед следует за летящими пчелами обратно в их гнездо, раскапывает гнездо ногами и поедает личинок, куколок и взрослых особей по мере их нахождения. [96]
Шмели паразитируют на трахейных клещах Locustacarus buchneri ; простейших , включая Crithidia bombi и Apicystis bombi ; и микроспоридий, включая Nosema bombi и Nosema ceranae . Древесный шмель B. hypnorum распространился в Соединенном Королевстве, несмотря на то, что является хозяином большого количества нематод , которые обычно мешают маткам пчел создавать колонии. [97] Было обнаружено, что вирус деформированного крыла поражает 11% шмелей в Великобритании. [98]
Самки пчелиной моли ( Aphomia sociella ) предпочитают откладывать яйца в гнезда шмелей. Личинки A. sociella затем питаются яйцами, личинками и куколками, оставленными без защиты шмелями, иногда уничтожая большие части гнезда. [99]
Шмели являются важными опылителями как сельскохозяйственных культур, так и полевых цветов . [100] Поскольку шмели не перезимовывают всей колонией, они не запасают мед, и поэтому не являются полезными в качестве производителей меда. Шмелей все чаще выращивают для сельскохозяйственного использования в качестве опылителей, среди прочего, потому что они могут опылять растения, такие как томат в теплицах, с помощью жужжащего опыления, тогда как другие опылители не могут. [101] Коммерческое производство началось в 1987 году, когда Роланд Де Йонге основал компанию Biobest; в 1988 году они произвели достаточно гнезд, чтобы опылить 40 гектаров томатов. Индустрия быстро росла, начав с других компаний в Нидерландах. Гнезда шмелей, в основном желтохвостых шмелей, производятся по крайней мере на 30 заводах по всему миру; более миллиона гнезд ежегодно выращивается в Европе; Турция является крупным производителем. [102]
Шмели — животные Северного полушария . Когда в девятнадцатом веке красный клевер был завезен в Новую Зеландию в качестве сельскохозяйственной культуры, оказалось, что у него нет местных опылителей, и семена клевера приходилось импортировать каждый год. Поэтому четыре вида шмелей из Соединенного Королевства были импортированы в качестве опылителей. В 1885 и 1886 годах Кентерберийское общество акклиматизации привезло 442 королевы, из которых 93 выжили и быстро размножились. Как и планировалось, красный клевер вскоре начали производить из местных семян. [39] Шмелей также разводят в коммерческих целях для опыления томатов, выращиваемых в теплицах . [55] Новозеландская популяция желтохвостых шмелей начала колонизировать Тасманию , находящуюся в 1500 милях (2400 км) от нее, после того как была завезена туда в 1992 году при невыясненных обстоятельствах. [103]
Существуют некоторые опасения относительно влияния международной торговли колониями шмелей массового производства. Данные из Японии [104] и Южной Америки [105] указывают на то, что шмели могут сбегать и натурализоваться в новых условиях, нанося вред местным опылителям. В результате произошло более широкое использование местных опылителей, таких как Bombus ignitus в Китае и Японии. [106] Кроме того, все больше доказательств указывают на то, что шмели массового производства также могут переносить болезни, вредные для диких шмелей [107] [108] и медоносных пчел. [108]
В Канаде и Швеции было показано, что выращивание мозаики различных культур стимулирует шмелей и обеспечивает более высокие урожаи, чем монокультура масличного рапса, несмотря на то, что пчелы были привлечены к культуре. [109]
Виды шмелей сокращаются в Европе, Северной Америке и Азии из-за ряда факторов, включая изменение землепользования, которое сокращает их кормовые растения. В Северной Америке патогены, возможно, оказывают более сильное негативное воздействие, особенно на подрод Bombus . [110] Основное влияние на шмелей оказала механизация сельского хозяйства, ускоренная острой необходимостью увеличения производства продуктов питания во время Второй мировой войны. Небольшие фермы зависели от лошадей, которые тянули орудия и повозки. Лошадей кормили клевером и сеном, которые постоянно выращивались на типичной ферме. Использовалось мало искусственных удобрений. Таким образом, фермы обеспечивали цветущий клевер и богатые цветами луга, благоприятствуя шмелям. Механизация устранила необходимость в лошадях и большей части клевера; искусственные удобрения стимулировали рост более высоких трав, вытесняя луговые цветы. Большинство цветов и шмелей, которые ими питались, исчезли из Британии к началу 1980-х годов. Последний местный британский короткошерстный шмель был пойман около Дангенесса в 1988 году. [111] Это значительное увеличение использования пестицидов и удобрений, связанное с индустриализацией сельского хозяйства, оказало неблагоприятное воздействие на род Bombus . Пчелы подвергаются непосредственному воздействию химикатов двумя способами: потребляя нектар, который был непосредственно обработан пестицидом, или через физический контакт с обработанными растениями и цветами. Было обнаружено, что вид Bombus hortorum в частности подвержен воздействию пестицидов; развитие их расплода было замедлено, а их память была отрицательно затронута. Кроме того, использование пестицидов отрицательно влияет на развитие и размер колонии. [112]
Шмели находятся в опасности во многих развитых странах из-за разрушения среды обитания и сопутствующего ущерба от пестицидов . Европейское агентство по безопасности пищевых продуктов постановило, что три неоникотиноидных пестицида ( клотианидин , имидаклоприд и тиаметоксам ) представляют высокий риск для пчел . [113] В то время как большинство работ по токсичности неоникотиноидов были посвящены медоносным пчелам, исследование B. terrestris показало, что «реалистичные для полевых условий» уровни имидаклоприда значительно снижают скорость роста и сокращают производство новых маток на 85%, что подразумевает «значительный негативный эффект» на популяции диких шмелей во всем развитом мире. [114] Другое исследование B. terrestris дало результаты, предполагающие, что использование неоникотиноидных пестицидов может повлиять на то, насколько хорошо шмели способны добывать корм и опылять. Сборщицам из колоний пчел, которые были затронуты пестицидом, потребовалось больше времени, чтобы научиться манипулировать цветами, и они посещали цветы с менее питательной пыльцой. [115] В другом исследовании хроническое воздействие в лабораторных условиях реалистичных для полевых условий уровней неоникотиноидного пестицида тиаметоксама не повлияло на прирост веса колонии или количество или массу произведенных половых особей. [116] Низкие уровни неоникотиноидов могут сократить количество шмелей в колонии на целых 55% и вызвать дисфункцию в мозге шмелей. Фонд сохранения шмелей считает это свидетельство снижения функции мозга «особенно тревожным, учитывая, что шмели полагаются на свой интеллект для выполнения своих повседневных задач». [117]
Из 19 видов местных шмелей-гнездовиков и шести видов шмелей-кукушек, ранее широко распространенных в Великобритании, [118] три были истреблены, [119] [120] восемь находятся в серьезном упадке , и только шесть остаются широко распространенными. [121] Аналогичное снижение было зарегистрировано в Ирландии, где четыре вида были признаны находящимися под угрозой исчезновения , а еще два считаются уязвимыми к вымиранию. [122] Сокращение численности шмелей может привести к масштабным изменениям в сельской местности в результате недостаточного опыления определенных растений. [123]
Некоторые шмели, обитающие в Северной Америке, также исчезают, например, Bombus balteatus , [124] Bombus terricola , [125] Bombus affinis , [126] [127] и Bombus occidentalis ; один из них, Bombus franklini , может исчезнуть. [128] В Южной Америке Bombus bellicosus был истреблен на северной границе своего ареала, вероятно, из-за интенсивного использования земель и последствий изменения климата. [129]
В 2006 году исследователь шмелей Дэйв Гоулсон основал зарегистрированную благотворительную организацию Bumblebee Conservation Trust , чтобы предотвратить вымирание «любых шмелей Великобритании». [130] [131] В 2009 и 2010 годах Фонд пытался реинтродуцировать короткошерстного шмеля Bombus subterraneus , который вымер в Великобритании, из популяций британского происхождения, выживших в Новой Зеландии с момента их интродукции туда столетием ранее. [132] С 2011 года Фонд в партнерстве с Natural England , Hymettus и RSPB реинтродуцировал короткошерстных маток шмелей из Сконе на юге Швеции на восстановленные богатые цветами луга в Дангенессе в графстве Кент. Матки были проверены на наличие клещей и американского гнильца . Агроэкологические схемы, распространенные по соседней территории Ромни-Марш, были созданы для предоставления более 800 гектаров дополнительной богатой цветами среды обитания для пчел. К лету 2013 года рабочие этого вида были обнаружены около зоны выпуска, что доказывает, что гнезда были созданы. Восстановленная среда обитания привела к возрождению по крайней мере пяти видов «приоритета Списка 41»: рудеральный шмель, Bombus ruderatus ; красноногая пчела-чесалка, Bombus ruderarius ; визгливая пчела-чесалка, Bombus sylvarum ; коричнево-полосатая пчела-чесалка, Bombus humilis и моховая пчела-чесалка, Bombus muscorum . [133]
Первый в мире заповедник для шмелей был создан на ферме Вейн в национальном природном заповеднике Лох-Левен в Шотландии в 2008 году . [123] В 2011 году Лондонский музей естественной истории возглавил создание Группы специалистов по шмелям Международного союза охраны природы под председательством доктора Пола Х. Уильямса [134] для оценки статуса угрозы видам шмелей во всем мире с использованием критериев Красной книги . [135]
Сохранение шмелей находится в зачаточном состоянии во многих частях мира, но с осознанием важной роли, которую они играют в опылении сельскохозяйственных культур, предпринимаются усилия по улучшению управления сельскохозяйственными угодьями. Увеличение популяции диких пчел может быть достигнуто путем посадки полос диких цветов, а в Новой Зеландии пчелиные гнездовья достигли определенного успеха, возможно, потому, что в этой стране мало роющих млекопитающих, которые могли бы предоставить потенциальные места для гнездования. [109]
Согласно фольклору 20-го века , законы аэродинамики доказывают, что шмель не способен летать , поскольку у него нет возможности (с точки зрения размера крыльев или количества взмахов в секунду) достичь полета с необходимой степенью нагрузки на крыло . [137]
«Предположительно, кто-то провел приблизительные расчеты, приняв во внимание вес шмеля и площадь его крыльев, и пришел к выводу, что если он летит со скоростью всего несколько метров в секунду, крылья не создадут достаточно подъемной силы, чтобы удержать пчелу в воздухе», — объясняет Чарли Эллингтон, профессор механики животных в Кембриджском университете. [137]
Происхождение этого утверждения было трудно определить с какой-либо определенностью. Джон Х. Макмастерс рассказал анекдот о неназванном швейцарском аэродинамике на званом ужине, который провел некоторые грубые расчеты и пришел к выводу, предположительно в шутку, что согласно уравнениям, шмели не могут летать. [138]
В последующие годы Макмастерс отошел от этого происхождения, предположив, что может быть несколько источников, и самая ранняя ссылка, которую он нашел, была в книге 1934 года Le Vol des Insectes французского энтомолога Антуана Маньяна (1881–1938); они применили уравнения сопротивления воздуха к насекомым и обнаружили, что их полет невозможен, но «не следует удивляться, что результаты расчетов не соответствуют действительности». [139] Следующий отрывок появляется во введении к Le Vol des Insectes : [140]
Маньян ссылается на своего помощника Андре Сент-Лаге . [141]
Некоторые приписывают популяризацию этой идеи физику Людвигу Прандтлю (1875–1953) из Геттингенского университета в Германии. Другие говорят, что швейцарский специалист по газовой динамике Якоб Аккерет (1898–1981) выполнил расчеты. [142]
Расчеты, которые должны были показать, что шмели не могут летать, основаны на упрощенной линейной обработке колеблющихся аэродинамических поверхностей . Метод предполагает колебания малой амплитуды без разделения потока. Это игнорирует эффект динамического срыва (разделение воздушного потока, вызывающее большой вихрь над крылом), который на короткое время создает в несколько раз большую подъемную силу аэродинамического профиля в обычном полете. Более сложный аэродинамический анализ показывает, что шмель может летать, потому что его крылья сталкиваются с динамическим срывом в каждом цикле колебаний . [143]
Кроме того, Джон Мейнард Смит , известный биолог с большим опытом в области аэронавтики, указал, что шмели не смогут поддерживать полет, поскольку им потребуется генерировать слишком много энергии, учитывая их крошечную площадь крыльев. Однако в экспериментах по аэродинамике с другими насекомыми он обнаружил, что вязкость в масштабе мелких насекомых означает, что даже их маленькие крылья могут перемещать очень большой объем воздуха относительно их размера, и это на порядок снижает мощность, необходимую для поддержания полета. [144]
Оркестровая интермедия « Полет шмеля» была написана (ок. 1900 г.) Николаем Римским-Корсаковым . Она представляет собой превращение царевича Гвидона в шмеля, чтобы он мог улететь навестить своего отца, царя Салтана, в опере « Сказка о царе Салтане» [145] , хотя музыка может отражать полет мухи, а не шмеля. [146] Музыка вдохновила Уолта Диснея включить шмеля в свой анимационный мюзикл 1940 года «Фантазия» и заставить его звучать так, как будто он летает во всех частях театра. [147] Эта ранняя попытка « объемного звука » была исключена из фильма при последующих показах.
В 1599 году, во время правления королевы Елизаветы I , кто-то, возможно, Тейлбойс Даймоук, опубликовал Caltha Poetarum: Or The Bumble Bee под псевдонимом «Т. Катвод». [148] Это была одна из девяти книг, подвергнутых цензуре в соответствии с запретом епископов, изданным архиепископом Кентерберийским Джоном Уитгифтом и епископом Лондонским Ричардом Бэнкрофтом . [149]
Эмили Дикинсон сделала шмеля предметом своей пародии на известную поэму Айзека Уоттса о медоносных пчелах «Как поживает маленькая деловая пчела» (1715). Где Уоттс написал «Как искусно она строит свою ячейку! Как аккуратно она намазывает воск!», [150] поэма Дикинсон «Религия шмеля» (1881) начинается «Его маленькая фигура, похожая на катафалк / Самой себе погребальная песнь / Об обманчивой сирени / Тщеславие разглашает / Об индустрии и морали / И обо всех праведных вещах / Для божественной погибели / Праздности и весны». Говорят, что в письме была мертвая пчела. [151] [152]
В 1847 году Ральф Уолдо Эмерсон опубликовал свою поэму «Скромный шмель».
Энтомолог Отто Плат написал книгу «Шмели и их пути» в 1934 году. [153] Его дочь, поэтесса Сильвия Плат , написала серию стихотворений о пчелах в конце 1962 года, в течение четырех месяцев после своего самоубийства, [154] превратив интерес отца в свою поэзию. [155]
Ученый и иллюстратор Мозес Харрис (1731–1785) нарисовал точные акварельные рисунки шмелей в своей работе «Изложение английских насекомых, включая несколько классов нейроптеровых, перепончатокрылых и двукрылых, или пчел, мух и либеллулов» (1776–80) . [156]
Шмели появляются как персонажи, часто под эпонимами, в детских книгах. Фамилия Дамблдор в серии книг о Гарри Поттере (1997–2007) — старое название шмеля. [7] Дж. К. Роулинг сказала, что имя «казалось, подходит директору, потому что одна из его страстей — музыка, и я представляла, как он ходит и напевает себе под нос». [157] Дж. Р. Р. Толкин в своей поэме «Странствие » также использовал имя Дамблдор, но для большого пчелоподобного существа.
Среди множества книг для детей младшего возраста: « Пчелка Бамбл» Ивона Дурана и Тони Нила (2014); «Берти Бамбл » К. И. Аль-Гани (2012); «Бен Бамбл: Как пчелы делают мед?» Ромессы Авадаллы (2015); «У Боба Бамбл-Би большая задница» Папы Кэмпбелла (2012); «Жжж, жжж, жжж! Пошел шмель» Колина Уэста (1997); «Шмель» Маргарет Уайз Браун (2000); «Как шмель превратился в пчелу» Пола и Эллы Куорри (2012); «Приключения профессора Бамбла и шмелей» Стивена Браиловски (2010). Среди «маленьких книг» Беатрикс Поттер Бэббити Бамбл и другие члены ее гнезда появляются в «Сказке о миссис Титтлмаус» (1910).
В 1942 году Военно-морские строительные батальоны США приняли изображение шмеля в качестве своего знака отличия. [ необходима цитата ]
{{cite journal}}
: CS1 maint: DOI неактивен по состоянию на июнь 2024 г. ( ссылка )В Университетах Данди и Сент-Эндрюса появилось новое исследование, которое показывает, что допустимые уровни неоникотиноидов в окружающей среде ухудшают функциональность мозга шмеля и, следовательно, отрицательно влияют на производительность целых колоний.Исследование было опубликовано в Журнале Федерации американских обществ экспериментальной биологии Крисом Коннолли и другими.
{{cite book}}
: |work=
проигнорировано ( помощь )