Letní i podzimní počasí působí na přežitelnost včelstev

Včely medonosné jsou důležitou součástí kulturních ekosystémů, protože jejich opylování hraje významnou úlohu při pěstování ovoce, zeleniny, ale i dalších rostlin, a to nejen těch na orné půdě. Zároveň jsou díky tomu klíčovým prvkem efektivity zemědělské produkce a jejich produkce medu je další položkou na stránkách výnosu. Nicméně jejich úhyny v zimním a jarním období se mohou na efektivitě systémů výrazně odrazit.

Chov včel je díky jejich schopnostem doslova miliardový byznys. Od Quebecu po Britskou Kolumbii patří k úkolům včel medonosných opylování nejenom těch nejcennějších zemědělských plodin Kanady, k nimž patří jablka, řepka, borůvky, sója či brusinky. Například v roce 2021 byl jejich příspěvek kanadské ekonomice vyčíslen na hodnotu kolem sedmi miliard dolarů, a to díky opylování v ovocných sadech, při pěstování zeleniny, bobulovin a olejnin (zejména řepky), ale navíc včelstva vyprodukovala také téměř 41 milionů kilogramů medu. To vše navzdory mnoha stresorům, které negativně působily na produkci. Prověřování stresorů a pátrání po tom, jehož odstranění by přineslo největší užitek, bylo a je úkolem řady vědeckých týmů. V současnosti čelí problémům se špatným zdravotním stavem a ztrátám včelstev většina včelařů, přičemž někteří v Kanadě a ve Spojených státech hlásili po zimě ztráty až 60 % včelstev.

Škodí toho spousta

Včely medonosné toho v terénu zažívají spoustu, ale zejména v posledních desítkách let to vypadá, že je těch nepříznivých faktorů mnohem více než těch prospěšných. I když se nejvíce ukazuje na pár konkrétních pesticidů či onemocnění, tak se nikdy nejedná jen o ten jediný pesticid nebo virus, který by zcela sám negativně působil na včely a ovlivňoval tak jejich produkci, zdravotní stav a celkovou odolnost. Podle posledního výzkumu, na kterém se podíleli nejenom vědci a York University, ale též a University of British Columbia, Agriculture and Agri-Food Canada, University of Victoria, University of Lethbridge, University of Manitoba, l'Université Laval, University of Guelph a Ontario Beekeepers Association, to je vždy komplexní soubor jednotlivých stresorů, se kterými se včely setkávají při opylování plodin na polích a v sadech. Avšak ani po desetiletích výzkumu, který se zabýval úlohou konkrétních pesticidů, parazitických roztočů, virů nebo genetiky, nebyli vědci schopni vysvětlit zvyšující se úhyny včelstev. To vedlo výzkumný tým k myšlence, zda vědcům v předchozích studiích něco neuniklo, zejména když se zaměřovali vždy jen na účinky jednoho stresoru.

Podle vědců, které vedl profesor Amro Zayed z Faculty of Science na York University, se u jejich studie jednalo o první případ, kdy se ve velkém měřítku využívalo aplikace systémové analýzy na stresory působící u včely medonosné, což představovalo posun od paradigmatu v této oblasti, kdy se vědci soustředili na nalezení jediné, zcela zásadní věci, která by vše vysvětlila. Postupně si vědci začali uvědomovat, že včely jsou vystavovány velmi komplikované síti stresorů, které se rychle mění v čase a prostoru. S takovou úrovní komplexnosti zatím nebylo pracováno, a tak byly podle vědců výsledky vcelku překvapivé.

Různá síla stresoru

Stresory nejsou všechny stejné. Některé z nich se jeví jako vlivnější než jiné a mají značný dopad nejen přímo na cílové organismy, ale i na účinnost dalších stresových faktorů. Podle vědců patří k těmto vysoce vlivným stresorům viry a pesticidy, které se pravidelně objevuji v kombinacích s dalšími specifickými stresory a svými interakcemi zhoršují dopady na cílové organismy. V podstatě se jedná o synergii.

Podle postdoktorandky Sarah Frenchové z Faculty of Science na York University je pochopení stresorů, které se vyskytují společně a pravděpodobně se budou vzájemné podporovat, nesmírně důležité pro odhalení toho, jakým způsobem a měrou mohou působit na zdraví a úmrtnost včelstev. Ačkoliv již bylo provedeno mnoho studií, které se týkaly tzv. hlavních pesticidů, tak tento tým pracoval i s tím, že existuje celá řada menších pesticidů, které se obvykle neberou do úvahy. Také objevili mnoho virů, jež včelaři obvykle netestují. Vědci konstatovali, že sledovat, jak ty vlivné stresory interagují se všemi dalšími (menšími) stresory, ať už to byli roztoči, jiné pesticidy nebo viry, bylo nejen zajímavé, ale také překvapivé. Podle Frenchové byl způsob, jakým se vlivné stresory vyskytovaly společně s těmi menšími, podobný tomu, co znají lékaři pod pojmem komorbidita, tj. vzájemné působení více onemocnění, a jako příklad uvedli, že když je někomu diagnostikováno srdeční onemocnění, tak je pravděpodobnější, že se u něj projeví i cukrovka, vysoký krevní tlak nebo obojí, a každý z těchto faktorů bude působit na ten další. Podobně zkoumali včely. Sledovali vše, co se ve včelstvech dělo, a poté je vzájemně porovnávali, aby se pokusili odhalit vzorce a souvislosti. Přičemž u dvou či více stresorů by mohlo docházet k vzájemné synergii, co pak má mnohem větší dopad na zdraví včel. Výzkumný tým zjistil, že včely byly najednou vystaveny v průměru 23 stresorům, což dohromady vytvořilo 307 interakcí. Pričemž některé kombinace se vyskytovaly velmi často, avšak znalosti toho, jak dovedou ovlivňovat zdraví včel, scházely. Proto je zapotřebí další výzkum, který by vědcům pomohl odhalit, jak stresory interagují, ovlivňují zdraví včelstev a úmrtnost, z čehož pak budou moci vycházet při volbě a testování vhodných strategií.

Teplejší podzim není plus

Známá pracovitost včel medonosných by pro ně, v souvislosti s oteplováním, mohla mít fatální dopad. Včely dělnice totiž létají a hledají vhodné květiny, kdykoli je k tomu příznivé počasí, a to bez ohledu na to, kolik medu je již v úlu uskladněno a kolik pylu a nektaru mohou v přírodě nalézt. Což je připravuje o síly a zkracuje jejich život. Vědci prostřednictvím svých modelů klimatu a fungování včelích populací zjistili, že čím dál delší podzimy s teplejším počasím a tím pádem i dobrými letovými podmínkami pro včely zvyšovaly pravděpodobnost jarního kolapsu včelstva v podstatě na celém území USA. Zároveň v modelu prověřovali jednu z možností, a to umístění včelstev do vnitřních chladírenských skladů, kde by se včely v úlu shlukly k přezimování dříve, než by se příliš mnoho dělnic příliš opotřebovalo.

Podle klimatoložky Kirti Rajagopalanové z Washington State University jde o případ, kdy i malé oteplení může mít na včelstva značný dopad. Přitom se nejedná o něco, co by se očekávalo v horizontu vyšších desítek či stovek let, ale mělo by se s tím počítat již v blízké budoucnosti. Pro svou studií vědci provedli několik simulací s využitím modelu dynamiky populace včel medonosných a klimatických projekcí pro rok 2050 a konec století v roce 2100. Na základě výsledků zjistili, že u včelstev, která jsou zvyklá trávit zimu venku, by v mnoha oblastech severozápadního Pacifiku, ale též USA, pravděpodobně došlo k jarnímu kolapsu, a to jak v krátkodobém, tak dlouhodobém horizontu. Ke stejnému výsledku se dopracovali i v případech, kdy by změna klimatu pokračovala stejným tempem, jako nyní, ale i v případě, že by se v blízké budoucnosti podařilo snížit emise skleníkových plynů. Včely dělnice prostě hledají potravu vždy, když teploty stoupnou nad 10 °C bez ohledu na roční období. Jakmile se ochladí, shlukují se v úlu, choulí se k ostatním včelám, konzumují med ze zásob a chvěním se snaží udržovat příznivou teplotu. Na jaře začínají dospělé včely dělnice opět vylétat z úlu a hledat potravu, avšak také hynout. Pokud příliš mnoho starších dělnic zahyne dříve, než jsou jejich nástupkyně připravené ke sběru potravy, může to znamenat konec celého včelstva. Vědci odhadli, že k tomu dochází v situacích, kdy je v úlu méně než 9000 dospělých včelích dělnic. Dalším zjištěním v rámci této studie bylo, že včelstva, která zimovala v chladnějších oblastech, jako je Omak na severu státu Washington, by mohla i při probíhající změně klimatu fungovat vcelku dobře. Avšak pro včelstva na mnoha lokalitách, např. v oblasti Richlandu ve státě Washington poblíž hranic s Oregonem, by běžné přezimování venku znamenalo, že by do roku 2050 došlo ve včelstvech k poklesu na méně než 9000 dospělých dělnic a do konce století by jich přežilo ještě méně (pod 5000), což není vůbec dobré.

Autoři k tomu poznamenali, že se v simulacích zabývali pouze sezónními faktory, např. teplotou, větrem a množstvím denního světla, takže se jednalo o poměrně konzervativní modely. Přičemž jejich simulace poukázaly na to, že se ani nemusí počítat s existencí takových faktorů, jako je nutriční stres, přítomnost patogenů či pesticidů, ale stačí pouze nevhodné povětrnostní podmínky na podzim a v zimě, aby byla ohrožena struktura včelstva, v němž po skončení zimy hynou starší včelí dělnice rychleji, než se daří odchovávat nové. Výzkumníci také simulovali potenciální zmírnění a umístili úly do chladírny, aby se včely začaly shlukovat dříve a ušetřily si pracovní síly dělnic. Například při scénářích pro již zmiňovaný Richland by měli mít včelaři ještě před koncem 21. století svá včelstva umístěná v chladírnách od října do dubna, aby se v jarních populacích zvýšil počet dělnic na více než 15 000, což je ve srovnání s přibližně 5000 až 8000 pří zimování venku podstatný rozdíl.

Takové chladírenské zimování včelstev je sice praktika poměrně nová, nicméně získává na popularitě zejména mezi komerčními včelaři, kterým pomáhá zvládat péči o zdraví včel a usnadňovat logistiku související s přesunem úlu do Kalifornie, kde je jejich úkolem únorové opylování mandloní, což je událost, na kterou je svezeno více než dva miliony úlů z celé země.

Mnoho včelařů již praktikuje manažerskou techniku zimování včelstev v chladírnách, protože má velký okamžitý potenciál mnohostranné pomoci. Výsledky studie dále ukázaly, že by tato praxe mohla mít i další výhody pro přežívání včelstev v měnících se klimatických podmínkách.

Letní počasí a zimní přežitelnost

Ale nejenom na teplotách na podzim závisí přežití včelstev. Úspěch zimování je silně ovlivněn i letními teplotami a srážkami. Vědci z Penn State výsledky své práce poukázali na to, že včely medonosné mají preferovaný rozsah letních podmínek. Musí-li žít mimo ně, klesá pravděpodobnost jejich přežití zimního období. Výsledky studie, která využívala data z několika let průzkumů Pennsylvania State Bee-keeper's Association, umožnily vědcům vývoj nástroje pro předpovídání zimní přežitelnosti včelstev, který by měl pomoci včelařům při rozhodování. Podle Martiny Calovi, postdoktorandky z Earth and Environmental Systems Institute na College of Earth and Mineral Sciences, se ve Spojených státech včely medonosné opylováním plodin podílí na výsledku zemědělské produkce více než 20 miliardami dolarů a dalších 300 milionů dolarů představuje pro včelaře v USA roční produkce medu. Avšak zimní úhyny včelstev výrazně snižují ekonomický a ekosystémový přínos populací včel medonosných, který zejména v letech 2016 až 2019 prošel ve Spojených státech značným poklesem v důsledku odhadované míry úmrtnosti při přezimování na úrovni přesahující 53 %.

Ačkoli je známo, že se podíl zimních úhynů včelstev v různých regionech liší, tak o faktorech lokality a počasí, jež jsou základem této variability, se toho podle vědců vědělo jen velice málo.

Včelstva nejsou během zimy v klidu, ale včely zůstávají aktivní, aby udržely v úlu teplotu mezi 23 a 34 °C. Vytvoří tzv. termoregulační shluk, v němž organizovaně vibrují svými letovými svaly, čímž vytváří teplo, které jim umožňuje přežít, i když venkovní teploty klesnou pod 10 °C.

Díky tomu zvládnou přežít dlouhá období s nízkými teplotami. Samozřejmě, že se během zimy včely přestávají shánět po nektaru a pylu a spoléhají na své zásoby, které nasbíraly během vegetačního období. Ustává také období rozmnožování a odchovu nových včel. Přežití včelstva je tak závislé na populací dlouhověkých podzimních dělnic. Je tedy vcelku zřejmé, že jakékoli faktory, které během roku (resp. vegetačního období) omezily schopnost včelstva shromáždit a uložit potřebné množství potravy, ohrozily i jejich účinnou termoregulaci během zimy a zkrátily délku života přezimujících včel, přispívají k vyšším úhynům včelstev během zimních a jarních měsíců.

Mezi tyto faktory patří nejenom povětrnostní podmínky, které ovlivňují dostupnost vhodné potravy (nektaru a pylu), schopnost včel zvládnout zimní termoregulaci a množství času, které potřebují k zahájení jarního odchovu plodu. K dalším faktorům patří včelařská praxe, jež reguluje infekční tlak, a zejména výskyt původce varoózy, ale i dostupnost a kvalita kvetoucích rostlin v okolí úlu či expozice pesticidům v důsledku hospodaření na okolních pozemcích. Všechny tyto faktory musí vzít vědci v úvahu při modelování a predikci přežitelnosti zimujících včelstev, a to vyžaduje velké soubory dat, které pokrývají různé typy stanovišť, mikroklimatu a roků. Aby mohli pracovat s dostatečně velkými soubory dat o hospodaření včelařů a přežitelnosti včelstev, spolupracovali výzkumníci s Pennsylvania State Beekeepers Association, která každoročně provádí průzkum zimních ztrát u včelařů v celém státě. Sdružení vědcům poskytlo data získaná v průzkumech po třech zimách a obsahující informace o 1429 včelstvech včel medonosných na 257 včelnicích.

Pro každé nahlášené umístění včelína výzkumníci shromáždili údaje o počasí a topografických proměnných, které charakterizovaly teplotní a vlhkostní podmínky v dané lokalitě, stejně tak i krajinné proměnné, které ovlivňovaly dostupnost kvetoucích rostlin jako zdrojů potravy, ale i riziko expozice insekticidům. Vědci zpracovali i další údaje, jako je počet po sobě jdoucích dnů beze srážek či suma denních teplot, nebo vývin rostlin i hmyzu v průběhu vegetačního období. Tyto rozmanité a komplexní datové sady byly analyzovány pomocí algoritmu strojového učení Random Forest, který dokázal zpracovat více proměnných k dosažení jediného výsledku, podle něhož bylo sice za kritický faktor, jenž ovlivňoval zásadním způsobem přežití zimního období, označeno zvládnutí původců varoázy. Nicméně i ti včelaři, kteří s těmito roztoči neměli ve svých včelstvech problém, zaznamenali vysoké ztráty včelstev, a to na úrovni 25-60 %. U takových se jako čtyři nejdůležitější proměnné pro predikci přežitelnosti včelstev ukázala rostoucí suma denních teplot, maximální teplota nejteplejšího čtvrtletí, srážky během nejteplejšího čtvrtletí a srážky během nejvlhčího čtvrtletí. Z nich byla tím nejsilnějším prediktorem rostoucí suma denních teplot v létě, což podle výzkumníků může souviset s dostupností potravy. Podle Sarah Goslee, ekoložky z Pasture Systems and Watershed Management Research Unit při Agricultural Research Service, byl význam povětrnostních podmínek při předpovídání zimní přežitelnosti včel zcela jasný. Jejich analýza 36 proměnných počasí a dalších charakteristik životního prostředí poukázala na nepříznivé účinky příliš chladných i příliš horkých let. Tento model lze podle vědců použit nejen k předpovědi pravděpodobnosti úspěchu přezimování, a to nejenom pro aktuální rok, ale i v souvislosti s předpokládanými změnami klimatu v budoucnosti. Zda to bude efektivně fungovat, ukáže čas.