Čmeláčí inkubátory

Sociálně žijící druhy včel (Apidae) běžně udržují teplotu v hnízdě odlišnou od teploty okolního prostředí. Tisíce jedinců vytápějí v zimě nebo za chladného počasí svými těly alespoň některé prostory hnízda či úlu, aby přežili a zajistili rychlejší vývoj mláďat (entomologové mi jistě odpustí používání pojmu mláďata pro veškerá nedospělá vývojová stadia hmyzu, tedy pro vajíčka, larvy i kukly). Čmeláčí kolonie

jsou však jednoleté a každým jarem startují vždy znovu z jediné přezimující samice.

Budoucí královna v žádném případě nemůže sama vyhřát dutinu prokřehlého hnízda kdesi na horské louce nebo v arktické tundře. Místo toho zahřívá svá mláďata přímým tělesným kontaktem. Podobně jako ptáci sedí na vejcích, inkubují i čmeláci svá vajíčka i larvy. Později, když dospěje první generace potomstva, pracují jako inkubátory také dělnice, a dokonce i trubci. Svým zadečkem larvu doslova obtáčejí a teplotu zadečku i hrudi (abdomenu i toraxu) citlivě regulují. Pokus, v němž byl zahříván zadeček nebo hruď mrtvého čmeláka, však ukázal, že skutečně efektivně zahřívá mláďata jen zadeček.

Královna druhu Bombus vosnesenski inkubující larvy v laboratoři udržovala teplotu zadečku okolo 30 ^oC dokonce i tehdy, když okolní teplota klesla pod 5 ^oC. Letící čmelák naopak snižuje teplotu v zadečku jen na 15 ^oC a hrudní létací svalstvo se ohřívá na 30 - 40 ^oC.

O některých mechanizmech termoregulace včel jsme se zmiňovali ve Vesmíru 73, 630, 1994/11. Inkubující čmeláci však vynalezli vlastní způsob, založený především na cirkulační anatomii a fyziologii a spojený s činností srdce a ventrální diafragmy.

Srdce čmeláků je uloženo pod tergity (svrchními štítky) zadečku. Pumpuje hemolymfu (obdobu krve obratlovců) do hrudi aortou, která v přední části zadečku nejprve ostře zahýbá dolů, formuje se ve ventrální smyčku procházející stopkou do toraxu, kde se klikatí mezi létacími svaly, a nakonec ústí do hlavy. Hemolymfa je pumpována směrem dopředu k hlavě. Ventrální diafragma, tenká chlopeň svaloviny, začíná ve stopce (petiolus) a rozšiřuje se přes hemolymfou vyplněný prostor na spodu zadečku. Vlnící se ventrální diafragma tlačí hemolymfu do zadní části zadečku a formuje také záklopku stopky - je-li v horní poloze, hemolymfa může protékat z hrudi do zadečku, je-li v dolní poloze, tok hemolymfy je zastaven.

Toto zařízení umožňuje čmelákovi dvojí tepelný režim. První je využíván při letu, kdy je nutno udržet vysokou teplotu hrudi. Chladná hemolymfa ze srdce vstupuje do toraxu a díky tepelnému výměníku ve stopce (viz Vesmír 73, 630, 1994/11) je část tepla navrácena do hrudi. Relativně nejméně tepla pronikne do zadečku při předletovém zahřívání, což je způsobeno pravděpodobně dlouhými periodami bez srdečních stahů. Cirkulace však nemůže být pozastavena nedefinovatelně dlouho, neboť hrudní svaly musí být zásobeny palivem ze žaludku čmeláka.

Přepne-li čmelák do druhého tepelného režimu, může naopak výrazně zahřát svůj zadeček, čehož využívá právě při inkubaci mláďat. Umožňuje mu to zrychlená cirkulace hemolymfy, a zejména schopnost vypnout tepelný výměník ve stopce. Hemolymfa prochází v takovém případě stopkou ve střídajících se pulzech teplé a chladné krve. Pulzy teplé krve jdou do zadečku, pulzy chladné krve do hrudi.

Tento model byl potvrzen několika pozorovanými fyziologickými efekty:

1. abdominální teplota se zvyšuje v drobných, ale oddělených krocích, řízených přesným mechanickým taktováním; jinými slovy, každý úder ventrální diafragmy vyvolá pulz teplé krve do zadečku,

2. abdominální srdce se následně kontrahuje a vysílá do hrudi pulzy chladné hemolymfy ve stejné frekvenci,

3. abdominální pumpování (tzv. dýchací pohyby), napomáhající toku hemolymfy ze zadečku i do něj, má stejnou frekvenci jako pohyb diafragmy.

Vývoz tepla do abdomenu však naráží i na problémy. Dovoluje sice čmelákům inkubovat jejich potěr a také létat při vysoké teplotě, ale tepelné ztráty abdomenem mohou být nepříjemné při nižších teplotách. A vskutku čmelák létající za potravou při nízké teplotě ztrácí značnou část tepla přes abdomen. Proto jsou čmeláci vybaveni ještě kožichem , který v tomto případě slouží jako dobrá tepelná izolace.