Adus de către Societatea Entomologică din America

În această imagine colorată a unei albine, realizată prin microscop electronic cu scanare la temperatură scăzută, se poate observa un acarian Varroa (săgeată) ascuns între segmentele abdominale ale albinei. (Credit foto: USDA-ARS, unitate de microscopie electronică și confocală, Beltsville, Maryland)

privire

De Gary Bauchan, Ph.D., cu Ron Ochoa, Ph.D., Joe Mowery, Chris Pooley și Dennis vanEngelsdorp, Ph.D.

Varroa destructor, un acarian care se hrănește cu albine de miere, este cel mai mare factor determinant al scăderii globale a sănătății albinelor. De ani de zile, oamenilor de știință și apicultorilor li s-a spus că acarianul Varroa se hrănește cu hemolimfă (sângele albinei) pe baza cercetărilor științifice făcute cu mult timp în urmă. Cu toate acestea, pentru echipa noastră de cercetare condusă de Samuel Ramsey, Ph.D., acest lucru nu a avut sens, deoarece sistemul digestiv al acarienilor și piesele bucale nu păreau să fie structurate corespunzător pentru hrănirea sângelui. Nici rudele lor evolutive cele mai apropiate nu au fost alimentatoare de sânge. După cum a subliniat expertul în creșterea insectelor, Allen Cohen, dr., Chiar și excrementele lor erau greșite pentru a fi hrănitori cu sânge.

Deci, cum și cu ce anume se hrănesc acești acarieni? Descoperirea noastră este documentată într-o lucrare publicată la sfârșitul lunii ianuarie în Proceedings of the National Academy of Sciences.

Ramsey, apoi doctor. student al doctoratului Dennis vanEngelsdorp, la Universitatea din Maryland, College Park, și-a început ancheta cu o întrebare simplă: Acarienii Varroa se hrănesc într-un singur loc? Dacă acarienii se pot hrăni oriunde cu albine (Apis mellifera) ca o căpușă pe o persoană, atunci se hrănesc probabil cu un țesut disponibil pe tot corpul albinei (cum ar fi hemolimfa). Cu toate acestea, dacă acarienii se hrănesc doar într-un singur loc, poate că se hrănesc cu un țesut specific acelei locații. Din 104 observații, acarienii de pe albinele adulte s-au găsit hrănindu-se numai sub plăcile abdominale ale gazdei lor. În alte locații găsite acarieni, cum ar fi pe torace, nu au fost detectate semne de hrănire. Ramsey a considerat că acesta ar putea fi locul lor de hrănire, dar a știut că va avea nevoie de ajutor pentru a demonstra acest lucru.

Acest lucru l-a condus pe Ramsey la biroul lui Ron Ochoa, Ph.D., entomolog de cercetare la Laboratorul de Entomologie Sistematică și la Unitatea de Microscopie Electronică și Confocală (ECMU) din S.U.A. Serviciul de cercetare agricolă al Departamentului pentru Agricultură (USDA-ARS) din Beltsville, Maryland și principalul expert în acarieni la USDA-ARS. În plus față de ideea că acarienii Varroa se hrănesc doar cu hemolimfa larvelor și pupelor în curs de dezvoltare, cercetătorii s-au întrebat dacă acarienii se hrănesc cu albine adulte. Unii au ajuns deja la concluzia că hrănirea are loc numai la albinele imature, deoarece nu am văzut niciodată răni de hrănire la albinele adulte și pentru că ne-am referit de mult la stadiul de viață al acarienilor găsiți pe albinele adulte ca fiind „foretic”, un termen care denotă o nealimentare etapă care folosește un alt organism ca mod de tranzit.

Gary Bauchan, Ph.D., director al ECMU, Ochoa și Ramsey au folosit azot lichid pentru a îngheța instant albinele de miere care aveau acarieni în regiunea propusă de Ramsey. Poziția exactă a acarienilor pe albinele miere a fost reprezentată într-un microscop electronic cu scanare la temperatură scăzută (LT-SEM). Albinele înghețate au fost apoi îndepărtate din LT-SEM și acarienii s-au desprins cu atenție de albine. În timpul acestui proces, Ramsey a monitorizat timpul de expunere al lui Ochoa la azotul lichid pentru a evita arderea în timp ce înlătura acarienii din albinele înghețate - un proces manual care trebuia făcut în aproximativ 10 secunde. Albinele au fost apoi returnate la LT-SEM și s-a imaginat locația în care a fost găsit acarianul.

Acarianul se apasă atât de strâns de membrana moale dintre plăcile abdominale ale albinei încât lasă o impresie distinctă a picioarelor și a palpilor și o plagă în formă de gură în membrană. În plus, la acest loc de hrănire, ambulacra (picioarele pentru picioare) din picioarele din față au rămas lipite de membrana albinelor, permițându-ne să ne orientăm rapid către poziționarea corpului acarianului față de cea a albinei. Am repetat această procedură de 10 ori pentru a demonstra că aici se hrăneau acarienii.

În această imagine colorizată, realizată prin microscopul electronic cu scanare la temperatură scăzută, este vizibilă impresia unui acarian Varroa lăsată pe peretele abdominal al unei albine. Săgețile albe identifică tampoanele de picior ale acarianului care au rămas atașate după îndepărtarea acarianului. Săgeata neagră identifică locul de hrănire al acarianului. (Credit foto: USDA-ARS, unitate de microscopie electronică și confocală, Beltsville, Maryland)

O secțiune longitudinală prin fractură de îngheț direct prin albină și acarianul său atașat a confirmat în detaliu că piesele bucale relativ scurte ale Varroa (200 microni) ajung să se odihnească chiar în interiorul albinei, care este o zonă înconjurată de țesut adipos și hemolimfă, lăsându-ne cu concluzia că acarienii se hrănesc cu albine adulte. De asemenea, ne-a sugerat că acarienii se pot hrăni cu un organ dens cu nutrienți numit corp gras, care este similar cu ficatul mamiferelor.

Această imagine longitudinală de îngheț-fractură, realizată prin microscopul electronic cu scanare la temperatură scăzută, dezvăluie o secțiune transversală a unui acarian Varroa (roșu) între segmentele abdominale ale unei albine. (Credit foto: USDA-ARS, unitate de microscopie electronică și confocală, Beltsville, Maryland)

Pentru a determina dacă corpul de grăsime a fost consumat, echipa a trebuit să privească mai atent. Joe Mowery, om de știință de la ECMU, și Ramsey au colectat și pregătit exemplare prin aplicarea acarianului de hrănire pe albină cu adeziv cianoacrilat înainte de prelucrare. Apoi, secțiuni ultra-subțiri au fost obținute și studiate folosind un microscop electronic cu transmisie (TEM). S-au deslușit dovezi clare că acarienii se descompun și îndepărtează țesutul adipos prin digestie extra-orală (și creează un punct de intrare pentru coloniile de microbi).

Această imagine de microscopie cu câmp luminos cu secțiune semi-subțire arată un acarian Varroa între segmentele abdominale ale unei albine, precum și locul plăgii și corpurile grase. (Credit foto: USDA-ARS, unitate de microscopie electronică și confocală, Beltsville, Maryland)

În timp ce observația și microscopia electronică au produs dovezi clare pentru hrănirea corpului cu grăsime, cercetarea s-a îndreptat către Connor Gulbronson, dr., Institutul Oak Ridge pentru Științe și Educație, coleg post-doctorand cu unitatea de cercetare a plantelor florale și pepinieră USDA-ARS (situată în cadrul ECMU) și expertiza sa în fluorescență și microscopie confocală pentru a determina dacă corpul adipos este țesutul principal consumat. Ramsey a generat o dietă care conține două bio-pete fluorescente pentru a eticheta hemolimfa albinei (galben) și corpul gras (roșu). Gulbronson a dezvoltat protocoale pentru decolorarea exoscheletelor acarienilor, permițând imaginile structurilor interne.

Albinele cu interiorul lor strălucitor au fost apoi expuse la Varroa flămândă. Gulbronson și Ramsey au imaginat acarieni cu sisteme digestive fluorescente de culoare roșu aprins, cu fluorescență foarte mică în gama galbenă. Pentru a fi siguri că bio-coloranții colorează țesuturile corecte, fiecare albină a fost disecată și imagistică, de asemenea, pentru comparație cu fluorescența din acarieni. Această lucrare a furnizat cele mai clare dovezi încă că acarienii consumau în principal țesut adipos din corp.

În această imagine microscopică fluorescentă a unui acarian Varroa, corpul de grăsime consumat de acarian este marcat printr-o pată fluorescentă roșie în interiorul intestinului unui acarian disecat. (USDA-ARS, unitate de microscopie electronică și confocală, Beltsville, Maryland)

Toate fațetele acestui proiect se aliniaseră indicând o concluzie, dar Ramsey a dorit să fie sigur că acest țesut consumat în mod clar la albinele adulte este același țesut consumat în larvele și pupe în curs de dezvoltare. Pentru a determina această relație, Ramsey a dezvoltat un nou sistem de creștere in vitro, care imita celulele puietului în care se dezvoltă albinele imature și a construit pupe de momeală pentru a imita gazda acarianului. Acest lucru i-a permis lui Ramsey și tehnicienilor de laborator Judith Joklik și David Lim să întreprindă sarcina plictisitoare de a hrăni dietele acarienilor compuse din diferitele țesuturi de interes.

Acarienii hrăniți exclusiv cu hemolimfă de albine mori s-au înfometat rapid și au produs foarte puține ouă, nu diferă de grupul de control, care nu a primit deloc mâncare. Cu toate acestea, acarienii hrăniți exclusiv cu corp gras au supraviețuit mult mai bine decât toate celelalte tratamente și au produs mult mai multe ouă. Aceste descoperiri au furnizat studiului ultima linie de dovezi necesare pentru a spune în mod concludent că Varroa nu sunt hrănitoare cu sânge, ci mai degrabă se hrănesc cu grăsimi.

Cercetătorii care studiază comportamentul hrănitor al acarianului distrugător Varroa au conceput un sistem de creștere in vitro care imita celulele puiet de albine de miere (Apis mellifera) cu pupe de momeală în interior pentru a hrăni acarienii hemolimfa albină și țesutul corpului gras. (Foto publicată inițial în Ramsey et al 2019, Proceedings of the National Academy of Sciences. Republicată cu permisiunea.)

În mod colectiv, această abordare multidisciplinară a testelor de hrănire, a analizei observaționale și a diferitelor tehnologii de microscopie a generat o schimbare de paradigmă în înțelegerea noastră despre cum, unde și ce obține acarianul Varroa atunci când parazitează albinele gazde gazdă. Această cercetare oferă o cale de urmat pentru dezvoltarea strategiilor de combatere a acestui dăunător major al albinelor din întreaga lume.

Membrii echipei de cercetare Varroa din Electron and Confocal Microscopy Unit (ECMU) din SUA Serviciul de cercetare agricolă al Departamentului Agriculturii (USDA-ARS). În picioare (de la stânga la dreapta): Chris Pooley, specialist IT; Gary Bauchan, director ECMU; Joe Mowery, specialist în microscop electronic cu transmisie; și Connor Gulbronson, Ph.D., Institutul Oak Ridge pentru știință și educație post-doctorat. Ședinți (de la stânga la dreapta): Ron Ochoa, dr., Entomolog și acarolog, laboratorul de entomologie sistematică USDA-ARS, și Samuel Ramsey, dr., Apoi doctorand la Universitatea din Maryland. (Credit foto: USDA-ARS, Electron and Confocal Microscopy Unit, Beltsville, Maryland.

Citeste mai mult

Lucrările Academiei Naționale de Științe