Шмели — одни из немногих насекомых, способных активно регулировать температуру собственного тела. Эта удивительная способность позволяет им оставаться активными ранней весной, поздней осенью и в условиях прохладного климата, где большинство других видов не способны даже взлететь. Чтобы подняться в воздух, шмелю необходимо разогреть мышцы до температуры около 30–35 °C, тогда как окружающий воздух может быть вдвое холоднее. Именно механизм предварительного «разогрева» делает их выдающимися мастерами терморегуляции.
Почему шмелям нужен разогрев мышц
Полёт у шмелей обеспечивается мощными грудными мышцами, которые приводят в движение крылья с частотой до 200 взмахов в секунду. Однако при низкой температуре эти мышцы становятся малоподвижными: обмен веществ замедляется, реакция нервов ослабевает, а химическая энергия недостаточно быстро преобразуется в механическую. Без предварительного прогрева насекомое попросту не сможет создать подъёмную силу. Разогрев мышц — это не только условие полёта, но и способ активировать все физиологические процессы, необходимые для поиска пищи, защиты и ухода за гнездом.
Механизм вибрационного разогрева
Главный способ нагрева — вибрационная термогенеза. В отличие от млекопитающих, у шмелей нет бурой жировой ткани, но они научились использовать свои же лётные мышцы в режиме «работы на месте». Чтобы начать прогрев, шмель фиксирует крылья в неподвижном положении при помощи специальных мышечных соединений, а затем начинает интенсивно сокращать грудные мышцы. Эти сокращения не приводят в движение крылья, но выделяют тепло — по сути, шмель дрожит всем телом, подобно тому как человек дрожит на морозе.
За несколько минут такой «тренировки» температура в груди может повыситься с 10–15 °C до оптимальных 30–35 °C. В экспериментальных наблюдениях установлено, что крупные рабочие шмели разогревают тело быстрее мелких особей благодаря большему объёму мышц, а самки-матки способны сохранять тепло особенно долго из-за высокой массы.
Изоляция тела и экономия тепла
Шмели обладают густым, многослойным опушением, которое играет роль своеобразного меха. Этот волосяной покров отлично удерживает тепло, снижает теплопотери и позволяет дольше сохранять температуру после разогрева. Исследования показывают, что температура груди шмеля даже в полёте может превышать окружающую на 20–25 °C — впечатляющий показатель для насекомого.
Кроме того, шмели способны менять положение тела и крыльев в полёте, чтобы регулировать теплообмен. Если воздух слишком холодный, они уменьшают подвижность крыльев, снижая охлаждение. Если же становится слишком жарко, насекомое расширяет угол крыльев или ускоряет их работу, чтобы усилить отвод тепла. Такая гибкая система позволяет им летать в диапазоне температур от +5 до +35 °C.
Использование солнечного тепла
Хотя вибрационное нагревание мышц — основной и самый быстрый способ, шмели активно используют и солнечную энергию. Перед взлётом насекомое может стоять неподвижно, слегка приподняв тело и расправив крылья, чтобы получить максимум тепла от прямых лучей солнца. Этот естественный подогрев снижает необходимость тратить энергию на вибрации, что особенно важно ранним утром, когда уровень сахара в гемолимфе низкий, а активность необходима для поиска нектара.
Интересно, что тёмные участки тела у некоторых видов специально эволюционировали как солнечные «коллекторы». Они быстрее поглощают тепло и помогают повысить температуру груди.
Роль питания в поддержании тепла
Чтобы вырабатывать тепло, шмелям требуется постоянный доступ к углеводам. Именно сахарный нектар — главный «топливный материал», обеспечивающий работу грудных мышц. Когда уровень сахара в организме падает, шмель не способен эффективно разогревать тело. Поэтому в холодные дни они вынуждены чаще посещать растения с высокосахарным нектаром. В лабораторных условиях было показано, что при повышенной концентрации сахара шмели разогреваются в 1,5–2 раза быстрее, чем при низкой.
Разогрев в гнезде и поведенческая терморегуляция
Перед утренним вылетом шмели часто используют тепло гнезда. Матка, а также рабочие, находящиеся внутри, поддерживают в центре гнезда температуру около 30 °C, согревая кладку и личинок. В такой среде взрослые особи также нагреваются быстрее, чем на холодном воздухе. Некоторые виды даже устраивают небольшие «прогревочные зоны», где шмели собираются плотнее, уменьшая теплопотери.
Если наружная температура слишком низкая, шмель может отложить вылет, пока не накопит достаточно энергии. Иногда можно наблюдать, как насекомое долго сидит на цветке, пока его мышцы не прогреются настолько, чтобы он смог продолжить поиск нектара.
Почему способность разогреваться важна для экосистем
Шмели играют критическую роль в опылении растений, особенно ранневесенних видов, которым требуется опылитель в период, когда большинство насекомых ещё неактивно. Их способность нагревать мышцы перед полётом гарантирует, что опыление начинается раньше всех. Благодаря шмелям многие культуры, такие как черника, голубика, люцерна и томаты, успешно опыляются даже в прохладные сезоны. Это делает шмелей незаменимыми участниками природных и сельскохозяйственных экосистем.
Заключение
Разогрев мышц перед полётом — один из самых сложных и удивительных механизмов шмелей. Он сочетает в себе вибрационное теплообразование, защиту от потери тепла, использование солнечной энергии и высокоэффективное питание. Благодаря этим адаптациям шмели остаются активными тогда, когда другие насекомые вынуждены ждать потепления. Их способность поддерживать высокую температуру тела является ключевым фактором не только их собственного выживания, но и нормального функционирования окружающих экосистем.