Z artykułu dowiesz się m.in.:

• że starzenie się robotnic pszczół miodnych jest ściślej powiązane z różnymi zadaniami społecznymi niż z wiekiem chronologicznym;
• jak zachodzi rewersja procesu starzenia u tych owadów;
• czy pszczoła może być modelowym obiektem do badań nad tym, jak spowolnić procesy starzenia się ludzi.

Pszczeli przepis na młodość

Wraz z wiekiem oraz pełnionymi funkcjami w społeczeństwie metabolizm pszczół robotnic zmienia się oraz zwalnia, co nie powinno być dla nas zaskoczeniem. Ludzie także się starzeją, a wraz z upływającym czasem doświadczamy wszelkich konsekwencji związanych z tym procesem, jak m.in. niższa odporność na infekcje czy spowolnienie pracy wszelkich układów i narządów.

Jednak pszczoły są zdolne do odwrócenia postępujących zmian geriatrycznych. Zbieraczka w specyficznych okolicznościach, takich jak niewielka liczba karmicielek w stosunku do ilości czerwiu odkrytego w rodzinie, może z powrotem stać się pszczołą ulową i pełnić funkcje mające na celu opiekę nad rozwijającym się przyszłym pokoleniem. U pszczoły miodnej proces ten wiąże się nie tylko ze spowolnieniem czy zahamowaniem, ale nawet z odwracalnością niektórych zmian fenotypu, które ujawniają się w wyniku starzenia organizmu. Rewers procesu starzenia wpływa na wydłużenie życia oraz przyspieszenie metabolizmu [Bajda i in. 2013, Boczek i in. 2016]. Jak zatem pszczoły opóźniają starzenie? W artykule wyjaśnimy, na czym polega proces starzenia, jakie mechanizmy obronne wypracowały pszczoły miodne i czego możemy się jeszcze od nich nauczyć.

Jak organizm się starzeje

Proces starzenia się organizmu jest ściśle związany z oksydacją, czyli utlenianiem, które prowadzi do uszkodzeń komórek. Tlenowe oddychanie komórkowe nieuchronnie wytwarza reaktywne formy tlenu (RFT, ang ROS – reactive oxygen species). Charakteryzują się one wysoką reaktywnością i stanowią często produkty reakcji redoks, zachodzących w ramach metabolizmu i procesów starzenia się organizmów. Zbyt duża ilość wolnych rodników w organizmie, czyli wspomnianych reaktywnych form tlenu, prowadzi do stresu oksydacyjnego, który uszkadza DNA, białka i tłuszcze, przyczyniając się do zmian związanych z wiekiem oraz wpływa na powstające stany zapalne [Amdam, 2010].

[...] - część treści ukryta, w całości dostępna tylko dla zalogowanych e-Prenumeratorów

Walka z czasem, czyli mechanizmy obronne przed starzeniem

Pszczoły używają różnych systemów obronnych, które mają zapobiec zmianom w ich organizmie. Pierwszą barierą jest ochrona z zewnątrz. Mechanizmy odporności nieswoistej¹ na kutikuli pszczół funkcjonują analogicznie do systemu proteolitycznego skóry ssaków, który odpowiada przede wszystkim za ochronę przed patogenami oraz za usuwanie starych i zniszczonych komórek nabłonka².

[...] - część treści ukryta, w całości dostępna tylko dla zalogowanych e-Prenumeratorów

W rodzinie pszczelej występują różne formy fenotypowe, wśród których wyróżnia się: matki, trutnie i robotnice. Różnią się one percepcją zmysłów, długością życia, metabolizmem i zachowaniem. W sezonie letnim pszczoła robotnica żyje do 40 dni. W tym czasie przechodzi różne stadia specjalizacji, podczas których wraz z rozwojem poszczególnych gruczołów wykonuje zróżnicowane prace na rzecz rodziny pszczelej. Zdumiewający jest fakt, iż pszczoły zimowe mogą przetrwać do 250 dni [Knoll i in., 2020]. Z kolei matka żyje najdłużej, bo nawet 5–7 lat, w tym czasie składa jaja, których masa jest dwukrotnie większa niż ona sama [Borsuk, 2011]. Tak długie życie zawdzięcza pszczołom robotnicom, szczególnie tym, które należą do świty królowej, ponieważ to one pielęgnują, czyszczą i karmią ją bogatym w białko mleczkiem pszczelim. W inny sposób przebiega życie trutnia, którego zadaniem jest unasiennienie matki pszczelej, a jego obecność w ulu jest spowodowana potrzebą posiadania „pod ręką” banku genów do przedłużenia gatunku. Robotnice szykujące rodzinę do zimowli przepędzają trutnie z ula, zatem życie trutni zamyka się w ok. 50 dniach.

[...] - część treści ukryta, w całości dostępna tylko dla zalogowanych e-Prenumeratorów

Zbieraczki starzeją się najszybciej, podczas gdy pszczoły karmicielki, nawet mając ten sam wiek chronologiczny, mogą pozostać bez wykrywalnych objawów behawioralnego starzenia się. W rezultacie starzenie się robotnic pszczół miodnych jest ściślej powiązane z różnymi zadaniami społecznymi niż z wiekiem chronologicznym [Behrends i in. 2007; Münch i Amdam, 2013]. Objawy starzenia się behawioralnego i komórkowego udokumentowane dla modelu pszczoły miodnej obejmują zmienione uczenie się, lot i zdolność do znajdowania drogi do ula [Vance i in. 2009], zmienioną liczebność markerów starzenia się komórek [Münch i in. 2013], zmiany na poziomie białek w mózgu [Baker i in., 2012], a także zmiany w układzie odpornościowym i epigenetycznym [Aurori i in., 2014].

Rewersja procesu starzenia

Podczas powrotu pszczoły lotnej do pełnienia zadań pszczoły ulowej, gruczoły gardzielowe rozwijają się ponownie, stężenie hormonów juwenilnych spada, a poziom witelogeniny wzrasta. Pszczoły, które powróciły do roli opiekunki przechodzą odwrócenie immunosenescencji⁶ obserwowanej u pszczół lotnych [Amdam i in. 2005]. Deficyty uczenia się związane z wiekiem u zbieraczek również odwracają się przy okazji zmiany funkcji pełnionej w rodzinie [Baker i in. 2012]. Pomimo wykazywania wielu cech fizjologicznych typowych dla pszczół ulowych, pszczoły powracające do wcześniejszej roli nie są identyczne z pszczołami pełniącymi poszczególne funkcje w zgodzie z polietyzmem wiekowym. Pszczoły po rewersie behawioralnym mają mieszany profil proteomiczny, który jest podobny zarówno do pszczół ulowych, jak i zbieraczek. [Wolschin i Amdam 2007].

Więcej o tym, dlaczego pszczoła lotna może ponownie stać się pszczołą ulową znajduje się w artykule pt.: Polietyzm u pszczół miodnych: zbieraczka – głowa rodziny, cz. 2., „Pasieka” 2/2025:
https://pasieka24.pl/index.php/pl-pl/pasieka-czasopismo-dla-pszczelarzy/263-pasieka-2-2025/4428-6-dr-inz-marta-burzynska-polietyzm-u-pszczol-miodnych-zbieraczka-glowa-rodziny-cz-2

Pilny uczeń – pszczoła miodna

Ze względu na społeczne zachowanie pszczoły, jest ona jednym z najlepszych modeli w badaniach procesu zapamiętywania i uczenia się [Menzel 2001]. U kręgowców wraz z wiekiem zachodzi wzmożona metylacja miejsc promotorowych w DNA, prowadząca do obniżenia funkcji poznawczych danego osobnika. W mózgu pszczół metylacja DNA nie jest sprzężona z wiekiem chronologicznym i z obniżeniem funkcji poznawczych. Metylacja DNA jest procesem, który wzmaga pamięć długoterminową (uczenie się i zapamiętywanie). Większość owadów ma dobrze rozwiniętą pamięć krótkotrwałą, jednak pszczoły, które żyją kilka miesięcy (głównie pszczoły zimowe), mają również dobrze rozwiniętą pamięć długotrwałą [Giurfa 2005].

[...] - część treści ukryta, w całości dostępna tylko dla zalogowanych e-Prenumeratorów

Przerwa na kawę

Ekstrakt kofeiny wpływa zarówno na rozwój, jak i na procesy poznawcze pszczół w sposób podobny jak na ludzi oraz inne kręgowce [Mustard i in. 2012]. U młodych pszczół kofeina obniża wiek, w którym są zdolne do uczenia się zadań związanych z bodźcami węchowymi. Natomiast kofeina podawana dorosłym robotnicom nie tylko mobilizuje do działania, ale także zwiększa zdolności poznawcze i umiejętność rozwiązywania skomplikowanych zadań oraz wspomaga proces uczenia się, a także znacznie przedłuża życie [Strachecka i in. 2014]. Kluczowe okazuje się dawkowanie kofeiny i jej ilość przyjmowaną w pożywieniu – stałe i małe dawki przynoszą pozytywne efekty, natomiast zbyt duża ilość kofeiny ma szkodliwy wpływ na cały organizm. Z tej lekcji także możemy coś dla siebie wyciągnąć. Kofeina jako używka może wspomagać pracę, ale ważne są dawki i częstotliwość przerw na kawę.

Zegar biologiczny a epigenetyczny

W pszczelej rodzinie ze względu na podział pracy, w którym wiek decyduje o zadaniu wykonywanym przez robotnicę, trudno jest obserwować oraz porównywać wpływ poszczególnych czynności na jej organizm. Ponadto osobniki młode pozostające w ciemnym ulu karmią czerw i matkę przez całą dobę, podczas gdy cykl dobowy robotnic wykonujących pracę poza ulem jest regulowany przez fazy świetlne oraz zmienną temperaturę środowiska [Elekonich i Roberts 2005]. Geny odpowiedzialne za zegar biologiczny pszczół są mniej podobne do tych u owadów, natomiast bardziej zbliżone do tych występujących u kręgowców [Shemesh i in. 2007]. Wpływ na spowolnienie procesów starzenia mają: dostęp do różnorodnego pokarmu, pełnowartościowego białka z pyłku kwiatowego, brak czynników stresogennych (głód, hałas, duże amplitudy temperatury, szkodniki, choroby i wiele innych) oraz intensywne obciążenie fizyczne.

Zegar epigenetyczny (inaczej zegar Horvatha lub GrimAge) to nowa metoda oceny wieku biologicznego, która pomaga oszacować wiek biologiczny organizmu na podstawie analizy poziomu metylacji DNA. Korzystny (spowalniający) wpływ wywiera m in. stosowanie odpowiednio zbilansowanej diety oraz regularny ruch. Dzięki specyficznym mechanizmom epigenetycznym działającym w niewielkim genomie pszczoły może ona być modelowym obiektem do badań epigenetycznych i pomocą naukową w szukaniu odpowiedzi, jak spowolnić procesy starzenia się ludzi [Bajda i in. 2012].

Dr inż. Marta Burzyńska

Literatura:

• Amdam, G. V. (2010). Social context, stress, and plasticity of aging. Aging Cell 10, 1827.
• Aurori, C.M., Buttstedt, A., Dezmirean, D.S., Marghitas, L.A., Moritz, R.F., Erler, S., 2013. What is the main driver of ageing in long-lived winter honeybees: antioxidant enzymes, innate immunity, or vitellogenin? J. Gerontol. A Biol. Sci. Med. Sci.
• Bajda M., Strachecka A., Paleolog J.: Rewersja procesu starzenia u pszczół miodnych (Apis mellifera), Med. Weter. 2013, 69, 708-711.
• Bajda, M., Borsuk, G., Olszewski, K., Paleolog, J., & Strachecka, A. J. (2012). Metylowanie DNA u pszczoły miodnej (Apis mellifera) i jego wpływ na badania biologiczne, Medycyna Weterynaryjna = Veterinary Medicine : Science & Practice. Vol. 68, nr 7 (2012), s. 391-396.
• Baker, N., Wolschin, F., Amdam, G.V., 2012. Age-related learning deficits can be reversible in honeybees Apis mellifera. Exp. Gerontol. 47 (10), 764–772.
• Barchuk A., Cristino A., Kucharski R., Costa L., Simoes Z., Maleszka R.: Molecular determinants of caste differentiation in the highly eusocial honeybee Apis mellifera. BMC Dev. Biol. 2007, 7, 70-89.
• Behrends, A., Scheiner, R., Baker, N., Amdam, G.V., 2007. Cognitive aging is linked to social role in honey bees (Apis mellifera). Exp. Gerontol. 42 (12), 1146–1153.
• Bielak-Żmijewska A. Zegar epigenetyczny i jego cofanie — nadzieja na wydłużenie zdrowego życia, 2023, Kosmos T 72, nr 4, s. 451-468.
• Boczek J., Kiełkiewicz M.: Starzenie się i długość życia wybranych bezkręgowców i kręgowców. Centrum Doradztwa Rolniczego w Brwinowie Oddział w Poznaniu 2016, s. 94.
• Borsuk G.: Przegląd wybranych zagadnieñ z badañ etologicznych w pszczelarstwie. Kosmos 2011, 60, 401-413.
• Chobotow J., Strachecka A.: Morphology and function of insect fat bodies taking into account Apis mellifera L. honey bees. Med. Weter. 2013, 69, 712-715.
• Elango, N., Hunt, B. G., Goodisman, M. A., & Yi, S. V. (2009). DNA methylation is widespread and associated with differential gene expression in castes of the honeybee, Apis mellifera. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 106(27), 11206–11211.
• Elekonich M. M., Roberts S. P.: Honey bees as a model for understanding mechanisms of life history transitions. Comp. Biochem. Physiol. A. Mol. Integr. Physiol. 2005, 141, 362-371.
• Giurfa M.: The amazing mini-brain: lessons from a honey bee. Bee World 2003, 84, 5-18.
• Ikeda T., Furukawa S., Nakamura J., Sasaki M., Sasaki T.: CpG methylation in the hexamerin 110 gene in the European honeybee, Apis mellifera. J. Insect Sci. 2011, 74, 1-11.
• Kamakura M.: Royalactin induces queen differentiation in honeybees. Nature 2011, 473, 478-483.
• Knoll, S.; Pinna, W.; Varcasia, A.; Scala, A.; Cappai, M.G. The Honey Bee (Apis mellifera L., 1758) and the Seasonal Adaptation of Productions. Highlights on Summer to Winter Transition and Back to Summer Metabolic Activity. A Review. Livest. Sci. 2020, 235, 104011.
• Łoś A., Strachecka A.: Fast and Cost-Effective Biochemical Spectrophotometric Analysis of Solution of Insect Blood and Body Surface Elution. Sensors 2018, 18, 1494.
• Lourenço, A. P., Martins, J. R., Torres, F. A. S., Mackert, A., Aguiar, L. R., Hartfelder, K., Bitondi, M. M. G., & Simões, Z. L. P. (2019). Immunosenescence in honey bees (Apis mellifera L.) is caused by intrinsic senescence and behavioral physiology. Experimental gerontology, 119, s. 174–183.
• Menzel R., Giurfa M.: Cognitive architecture of a mini-brain: the honeybee. Trends Cogn. Sci. 2001, 5, 62-71.
• Münch D, Amdam GV, Wolschin F (2008) Ageing in a eusocial insect: molecular and physiological characteristics of life span plasticity in the honey bee. Functional Ecology 22, s. 407–421.
• Münch, D., Amdam, G.V., 2010. The curious case of aging plasticity in honey bees. FEBS Lett. 584 (12), 2496–2503.
• Münch, D., Amdam, G.V., 2013. Brain aging and performance plasticity in honeybees. Handbook of Behavioral Neuroscience 22. Academic Press, Amsterdam, London, Heidelberg, pp. 485–498.
• Münch, D., Kreibich, C. D., & Amdam, G. V. (2013). Aging and its modulation in a long-lived worker caste of the honey bee. The Journal of experimental biology, 216(Pt 9), s. 1638–1649.
• Mustard J. A., Dews L., Brugato A., Dey K., Wright G. A.: Consumption of an acute dose of caffeine reduces acquisition but not memory in the honey bee. Behav. Brain Res. 2012, 232, 217-224.
• Paleolog J., Strachecka A., Burzyñski S., Olszewski K., Borsuk G.: The larval diet supplemented with the low-molecular epigenetic switch sodium phenylacetylglutaminate influences the worker cuticle proteolytic system in Apis mellifera L. J. Apic. Sci. 2011, 55, 73-83.
• Perry C. J., Barron A. B., Chittka L.: The frontiers of insect cognition. Curr. Opin. Behav. Sci. 2017, 16, 111-118.
• Remolina SC, Hafez DM, Robinson GE, Hughes KA. Senescence in the worker honey bee Apis Mellifera. J Insect Physiol. 2007 Oct;53(10), s. 1027-1033.
• Seehuus SC, Krekling T, Amdam GV. Cellular senescence in honey bee brain is largely independent of chronological age. Exp Gerontol. 2006 Nov;41(11), s. 1117-1125.
• Shemesh Y., Cohen M., Bloch G.: Natural plasticity in circadian rhythms is mediated by reorganization in the molecular clockwork in honeybees. FASEB J. 2007, 21, 2304-2311.
• Strachecka A., Chobotow J., Paleolog J., Łoś A., Schulz M., Teper D., Kucharczyk H., Grzybek M.: Insights into the biochemical defence and methylation of the solitary bee Osmia rufa L: A foundation for examining eusociality development. PloS one 2017, 12, e0176539.
• Strachecka A., Krauze M., Olszewski K., Borsuk G., Paleolog J., Merska M., Chobotow J., Bajda M., Grzywnowicz K.: Unexpectedly strong effect of caffeine on the vitality of western honeybees (Apis mellifera). Biochem., Moscow 2014, 79, 1192-1201.
• The Honeybee Genome Sequencing Consortium. Insights into social insects from the genome of the honeybee Apis mellifera. Nature 443, 931–949 (2006).
• Vance, J.T., Williams, J.B., Elekonich, M.M., Roberts, S.P., 2009. The effects of age and be- havioral development on honey bee (Apis mellifera) flight performance. J. Exp. Biol. 212 (Pt 16), 2604–2611.
• Wolschin, F.; Amdam, G.V. Comparative proteomics reveal characteristics of life-history transitions in a social insect. Proteome Sci. 2007, 5, 10.
• Woodgate J. L., Makinson J. C., Lim K. S., Reynolds A. M., Chittka L.: Life-long radar tracking of bumblebees. PloS one 2016, 11, e0160333.
• Woyciechowski M., Kuszewska K.: Swarming generates rebel workers in honeybees. Curr. Biol. 2012, 22, 707-711.

Zamów prenumeratę czasopisma "Pasieka"