Postrzeganie zapachu. O roli zapachów w życiu rodziny pszczelej słów kilka

Trudno sobie wyobrazić funkcjonowanie społeczeństwa bez komunikacji pomiędzy poszczególnymi jego jednostkami. Relacje międzyludzkie oparte są na kontakcie fizycznym, wymianie wizualnych informacji, przekazywaniu dźwięku i smaku. Podobnie zachowują się zwierzęta wykazujące zachowania socjalne.

Rys. 2. Budowa komórki roślinnej (źródło: Wikipedia)

Rodzina pszczela funkcjonuje tylko wtedy, jeśli wymiana informacji pomiędzy poszczególnymi pszczołami, między pszczołami a czerwiem, pomiędzy robotnicami a matką oraz pomiędzy poszczególnymi osobnikami a środowiskiem zewnętrznym odbywa się w sprawny sposób.

Wszystkie formy komunikowania się pszczół ze sobą odgrywają bardzo istotną rolę. Owady opisując określoną sytuację używają zazwyczaj kilku sygnałów komunikacyjnych. Doskonałym przykładem są pszczoły zbieraczki, które przedstawiają innym robotnicom informację o atrakcyjnym pożytku nie tylko w formie tańca werbującego, ale także przynoszą próbkę atrakcyjnego pokarmu oraz zapach rośliny, która jest jego źródłem.

Funkcjonowanie rodziny pszczelej nie byłoby możliwe gdyby zaburzona została którakolwiek spośród form przekazu informacji. Wzrok doskonale służy zbieraczkom poszukującym pokarmu, jednak w ciemnościach ula okazuje się bezużyteczny.

Dlatego właśnie obok dźwięku najbardziej istotną rolę w interakcjach pomiędzy owadami wchodzącymi w skład rodziny pełni zapach. Zapach to sygnały chemiczne dopływające do wyspecjalizowanych narządów organizmów żywych. Mediatorem tych bodźców chemicznych jest powietrze.

Pszczoły przebywające w ulu wyczuwają wszystkie charakterystyczne dla niego zapachy. Ul zawiera zapach matki i innych pszczół, czerwiu (w zależności od stadium zaawansowania rozwoju zamienia się też zapach larw i poczwarek; czerw porażony chorobami również zmienia zapach), ale też wosku, nektaru, pyłku, propolisu i miodu.

Starsze pszczoły, pełniące funkcje zbieraczek, odkrywają wcześniej nieznany świat zewnętrzny, wypełniony całą gamą zapachów i muszą się w nim odnaleźć. Trzeba przyznać, że zadanie nie należy do łatwych.

Czym pachnie kwiat?

Nie jesteśmy przyzwyczajeni do postrzegania zapachu jako mieszaniny fizycznie istniejących (chociaż bardzo niewielkich) cząstek. Warto więc spojrzeć na zapach okiem chemika i zastanowić się co on widzi. Naukowcy potrafią pochwycić zapach, rozłożyć na czynniki pierwsze i zidentyfikować je.

W tym celu wykorzystuje się bardzo zaawansowane techniki chemii analitycznej – w celu absorpcji zawiązków zapachowych stosuje się najczęściej mikrowłókna pokryte materiałem łatwo wchłaniających poszczególne grupy związków chemicznych.

Aby rozdzielić mieszaninę można użyć technik chromatograficznych. W urządzeniu zwanym chromatografem próbka porywana jest przez gaz nośny (zazwyczaj hel lub wodór) i przechodzi przez długą kolumnę, na której następuje rozdział mieszaniny na poszczególne związki chemiczne. Na wyjściu znajduje się detektor, który wykrywa i mierzy stężenie kolejnych składników mieszaniny w gazie nośnym.

Uzyskane wyniki zapisywane są w formie wykresu zwanego chromatogramem. Do identyfikacji rozdzielonych składników używa się spektrometrii masowej, bazującej na charakterystycznych rozpadach na jony poszczególnych cząstek.

Pomiar stosunku masy do ładunku elektrycznego cząstki zapisywany jest w postaci tzw. widma masowego. Jako potwierdzenie i ustalenie struktury danego związku stosuje się metody magnetycznego rezonansu jądrowego (NMR) – metoda ta wykorzystywana jest m.in. w medycynie, przy wykonaniu obrazowania rezonansu magnetycznego.

Na całym świecie wiele jednostek badawczych zajmuje się identyfikowaniem poszczególnych składników zapachu. Określono, że związki najczęściej wchodzące w skład bukietu zapachowego roślin należą w większości do dwóch grup chemicznych – terpenoidów (do tej grupy związków należą np. kamfora czy tymol) oraz związki łańcuchowe – pochodzące z kwasów tłuszczowych.

Jeśli chodzi o częstość występowania różnych grup funkcyjnych to ustalono, że najpowszechniej spotyka się estry, alkohole i ketony, ale są też obecne grupy eterowe, aldehydowe czy karboksylowe. W skład kompozycji zapachowych roślin mogą też wchodzić związki zawierające w swojej budowie azot (aminy czy oksymy) oraz siarkę (siarczany). Z powodu bardzo dużej lotności związki te są często gubione podczas przygotowywania analiz.

W przyrodzie mogą współistnieć różne formy jednego związku chemicznego – izomery (związki o identycznych wzorach sumarycznych, różniące się między sobą sposobami lub kolejnością wiązań atomowych lub ich rozmieszczenia w przestrzeni).

Niewielka zmiana w budowie pociąga za sobą zmiany szeregu właściwości związku, między innymi zapachu (np. geraniol – świeży zapach, kojarzony z pelargonią i nerol o zapachu różanym, (R)-karwon pachnący miętowo i (S)-karwon mający zapach kminku).

W skład kompozycji zapachowej jednej rośliny wchodzi od 1-100 różnych związków chemicznych (zazwyczaj ich ilość waha się w granicach 20-60). Ilość emitowanych związków zapachowych bardzo się różni – od ilości pikogramowych (0,000000000001 g) do ponad 30 μg (0,00003 g). Ilość i jakość produkowanych zapachów rośliny mogą regulować w zależności od cyklu rozwojowego (od momentu zakwitnięcia emisja zapachów rośnie, osiąga apogeum przed zapyleniem a później spada) czy warunków zewnętrznych, a także dostosowując się do konkretnego zapylacza.

Roślina nastawiona na zapylanie przez ćmy będzie emitowała związki lotne w nocy. Kwiat przystosowany do zapylania przez owady składające na nich jaja będą wydzielały inną kompozycję zapachową niż te, przystosowane do zapylania przez samce owadów, zwabiane zapachem imitującym feromony samicy i zapylające roślinę poprzez pseudokopulację.

Związki wytwarzane przez roślinę często mają na celu nie tylko przywabienie zapylacza, ale także odstraszanie roślinożerców. Dobrym przykładem jest akacja, której kwiaty w pierwszym dniu kwitnienia emitują substancję odstraszającą mrówki, ale przywabiającą pszczoły.

Przez długi czas rośliny dostosowują się do konkretnego zapylacza i wytwarzają substancje dla niego atrakcyjne. Synteza tych związków to jednak nie wszystko – należy je odpowiednio wyeksponować. U większości roślin wytwarzanie związków zapachowych jest funkcją tzw. osmoforów – nośników zapachu (z greki osmo – zapach, pherein – nosić).

Osmofory nazywane są też gruczołami roślinnych zapachów. Mogą być umiejscowione w obrębie całego kwiatostanu jako części okwiatu, liści przykwiatowych, szypułki czy słupka. Mogą się różnić budową i wyglądem. Nie wszystkie rośliny w drodze ewolucji wykształciły osmofory. U niektórych gatunków emisja zapachów może mieć miejsce poprzez epidermę (tkanka okrywająca roślinę). Zazwyczaj głównym źródłem zapachu są płatki kwiatów.

Związki zapachowe tworzone są w retikulum endoplazmatycznym lub w plastydach (np. chloroplasty), następnie mogą być modyfikowane prze retikulum endoplazmatyczne. Przechodzą do cytoplazmy. Stąd następuje eksport molekuł zapachowych przez ścianę komórkową na zewnątrz.

Cząstki zapachowe zazwyczaj są lipofilowe (bardzo słabo rozpuszczalne w wodzie, dobrze rozpuszczalne w tłuszczach), a ściany komórkowe charakteryzuje stosunkowo duża zawartość wody. W związku z tym w proces transportu zaangażowane są wyspecjalizowane białka, które zwiększają rozpuszczalność cząsteczek w wodzie.

Po przetransportowaniu na powierzchnię komórki pojawia się kolejna bariera – warstwa kutikuli zbudowana głównie z kutyny (mieszanina polimerów uważana za najbardziej odporną w przyrodzie na działanie czynników chemicznych) i wosków, pełniąca funkcje ochronne zewnętrznych komórek roślin.

Na płatkach (głównie tam zachodzi emisja zapachu) warstwy ochronnej jest mniej w porównaniu z innymi częściami roślin. To sprawia, że molekuły zapachu mogą łatwiej się wydostać ale jednocześnie niedostatecznie chroni płatki przed utratą wilgoci. Zewnętrzna powierzchnia komórek jest często ukształtowana w formie stożków – zwiększa to powierzchnię emisji związków zapachowych. Z powierzchni stożków następuje odparowywanie zapachu.

Po dwóch, trzech poprawnych trafieniach pszczoły potrafią bezbłędnie zidentyfikować zapach. Zdecydowanie trudniej uczą się form i barw. Dowodzi to jak ważne jest właściwe postrzeganie zapachów w świecie owadów.

mgr inż. Katarzyna Janiszewska
Uniwersytet Przyrodniczy we Wrocławiu
Instytut Hodowli Zwierząt

Zamów prenumeratę czasopisma "Pasieka"