Sustained warming alters Bombus impatiens foraging, colony performance, and pollination of zucchini (Cucurbita pepo)

Klimaatverandering gaat niet alleen over stijgende wereldwijde gemiddelden; het gaat over de toenemende frequentie en intensiteit van de hitte die levende wezens moeten verdragen. Voor insecten zoals hommels, die essentieel zijn voor het bestuiven van gewassen en wilde planten, vormt hoge temperaturen een directe fysiologische uitdaging. Deze hommels genereren hun eigen lichaamswarmte om te kunnen vliegen en hun interne temperatuur te reguleren, maar wanneer de lucht te warm wordt, worstelen ze met afkoelen. Deze stress kan hun vermogen om te vliegen, voedsel te vinden en voor hun jongen te zorgen, beperken. Tegelijkertijd veranderen de planten waarop zij vertrouwen ook in de manier waarop ze nectar en bloemen produceren onder aanhoudende hitte. Het begrijpen van hoe deze twee kanten van de relatie — de hommel en de bloem — reageren op langdurige opwarming is cruciaal, vooral voor boeren die afhankelijk zijn van hommels om voedsel te verbouwen. Als de hitte te intens wordt, zou het delicate evenwicht tussen de behoefte van een hommel om te foerageren en het vermogen van een plant om zich voort te planten, in de weg kunnen staan, wat de voedselzekerheid bedreigt.

In een gecontroleerd experiment, ontworpen om deze toekomstige omstandigheden na te bootsen, plaatsten onderzoekers kleine groepen oosterse hommels en courgetteplanten in groeikamers om te zien hoe zij zouden functioneren onder verschillende niveaus van aanhoudende warmte. Ze richtten drie verschillende omgevingen in: een controlegroep die op een basistemperatuur van 29,5 graden Celsius tijdens de dag werd gehouden, een groep die met 1,5 graad boven de baseline werd opgewarmd, en een groep die met 3 graden boven de baseline werd opgewarmd. Deze temperaturen werden continu gedurende ongeveer tien weken gehandhaafd, wat de gehele actieve levensduur van de hommelkolonies besloeg. In tegen tegenstelling tot eerdere studies die alleen naar korte, intense hittepieken keken, testte dit experiment wat er gebeurt als de hitte nooit ophoudt. De onderzoekers monitorden het gedrag van de hommels, hun fysieke gezondheid, hoe zij zichzelf binnen hun nesten organiseerden, en hoe de courgetteplanten reageerden in termen van nectarproductie en vruchtopbrengst.

De resultaten toonden aan dat de hommels niet simpelweg slechter presteerden naarmate de temperatuur steeg; in plaats daarvan veranderden hun reacties afhankelijk van hoe warm het werd. Bij het matige opwarmingsniveau van 1,5 graad boven de baseline vertoonden de hommels een duidelijk vermogen om zich aan te passen. Ze begonnen veel vaker met hun vleugels te flapperen — ongeveer twintig keer vaker dan in de koelere controlegroep — om de korf te koelen. Deze inspanning ging echter gepaard met een prijs: de hommels besteedden aanzienlijk minder tijd aan de zorg voor hun jongen. Ze compenseerden actief voor de hitte, maar deden dit door hun energie weg te trekken van de verzorging van het broed. Verrassend genoeg veranderde het totale aantal volwassen hommels in de kolonie niet, en de grootte van de mannelijke hommels bleef gelijk, wat suggereert dat de kolonie haar populatieomvang kon behouden, zelfs terwijl de werkers onder stress stonden.

Toen de temperatuur steeg naar het extreme niveau van 3 graden boven de baseline, begon het vermogen van de hommels om te compenseren te falen. Hoewel ze de zorg voor de jongen bleven verminderen, begon de georganiseerde structuur van de korf uiteen te vallen. In de koelere groepen klonteren de hommels van nature samen in specifieke gebieden, met name nabij het broed en de ingang van de korf. In de heetste groep werd deze ruimtelijke organisatie verstoord. De hommels verspreidden zich en brachten minder tijd door in de kritieke zones nabij de ingang en het broed. Bovendien woog de koningin van de kolonie onder deze extreme omstandigheden aanzienlijk minder dan de koninginnen in de koelere groepen, met een daling van een gemiddelde van ongeveer 0,63 gram naar slechts 0,26 gram. Dit geeft aan dat hoewel de kolonie de matige hitte kon overleven, de extreme hitte een zware fysiologische tol eiste van de koningin en de sociale coördinatie die de kolonie functioneel houdt, deed afbreken.

De planten in het experiment vertelden een ander, doch even complex verhaal. De courgetteplanten in de heetste kamers produceerden bijna twee keer zoveel nectar vergeleken met de controlegroep. Deze toename in florale beloning trok de hommels aan; de bezoeken aan de bloemen in de heetste groep waren ongeveer 70 procent hoger dan in de controlegroep. Men zou verwachten dat meer nectar en meer bezoeken zouden leiden tot meer vruchten, maar de uitkomst was niet zo eenvoudig. Ondanks de verhoogde activiteit was het aantal geproduceerde courgettes per vrouwelijke bloem feitelijk het laagst in de matig opgewarmde groep. In de groep met extreme hitte herstelde de opbrengst zich niet tot het niveau van de controlegroep, zelfs niet toen de hommels de bloemen veel vaker bezochten. Dit suggereert dat de hitte de bekwaamheid van de plant om direct vrucht te vormen beschadigde, ongeacht hoe vaak de hommels de bloemen bezochten.

De studie concludeert dat aanhoudende opwarming zorgt voor een disconnect tussen bestuiveractiviteit en gewasproductie. De hommels werkten harder en bezochten meer bloemen omdat de planten meer nectar boden, maar deze verhoogde activiteit vertaalde zich niet in een evenredige toename van de voedselopbrengst. Het vermogen van de hommels om de temperatuur te reguleren en hun koloniestructuur te behouden heeft grenzen, en zodra die grenzen worden overschreden, wordt het systeem inefficiënt. Voor boeren die afhankelijk zijn van deze hommels, betekent dit dat het simpelweg hebben van meer hommels die de gewassen bezoeken, niet genoeg kan zijn om de opbrengst te redden als de hitte te intens is. Het onderzoek benadrukt dat naarmate het klimaat opwarmt, de relatie tussen de hommels en de gewassen die zij bestuiven kwetsbaarder zal worden, waarbij de fysiologische grenzen van de hommels en de reproductieve behoeften van de planten potentieel in verschillende richtingen trekken.