В отличие от большинства насекомых медоносные пчёлы на зиму не впадают в спячку, а вырабатывают минимум тепла, необходимого для относительно активной жизни. Общественный образ жизни выработал у пчёл совершенно особый способ зимовки, которому предшествует целый ряд подготовительных приспособлений.
В течение весны и лета пчёлы выращивают маложивущих (35-45 дней) рабочих особей. Они выращивают большое количество расплода и накапливают кормовые запасы. Начиная с июля пчёлы выводят долгоживущих (зимних) особей (продолжительность их жизни около 300 дней). Следовательно, пчёлы способны выращивать резко различающихся по физиологическому состоянию рабочих особей.
Установлено, что пчелы, идущие в зиму тяжелее летних; в их теле содержится повышенное количество резервных азотистых веществ, жира и гликогена, биологическое строение клеток и тканей изменяется в сторону повышения холодостойкости организма. Главным местом скопления резервных веществ является жировое тело пчелы; в её гранулах появляются жиробелковые соединения, которые исчезают весной в начале выращивания расплода. Особенно много белка откладывается у зимних пчёл в жировом теле брюшка и головы. Между количеством белка, содержащимся у пчёл осенью и зимостойкостью семей наблюдается прямая зависимость.
Количество жира в голове и груди пчелы возрастает у зимних пчёл в 5-7 раз, в брюшке – в 2 раза. Накопление жира в организме пчёл, идущих в зиму, представляет одну из форм конденсации энергии в период активного питания, которая затем расходуется в состоянии вынужденного покоя. Поэтому, кроме того количества белка и жира, которое получает пчела на стадии личинки, она обязательно должна пройти дополнительное белковое питание перед зимовкой. Этим объясняется возрастание в августе потребности пчёл в белковом корме. Они потребляют значительное количество пыльцы, что во многом определяет физиологическую подготовленность их к зимовке. Резервный жир пчёлы начинают использовать с самого начала зимовки, так как уже к середине зимовки содержание его у пчёл снижается.
Количество гликогена увеличивается в груди на 69%, в брюшке – на 85%. У северных пчёл жира и гликогена откладывается в теле больше, чем у южных, что связано с большей их приспособленность к длительной и более суровой зиме.
У зимних пчёл увеличивается и содержание в теле глюкозы и фруктозы.
Хотя в организме пчелы с осени откладывается определённое количество запасных питательных веществ, однако их недостаточно для того чтобы удовлетворить все энергетические затраты пчелиной семьи в течение зимы. Для поддержания внутри зимнего клуба условий, необходимых для нормальной жизнедеятельности, пчёлы непрерывно потребляют запасы мёда.
У зимних пчёл изменяется и тип дыхания. Если у летних пчёл основные процессы образования тепла совершаются под воздействием ферментов оксидаз, разлагающих в клетках тела сахара с использованием кислорода воздуха, то у зимних – возрастают процессы обмена веществ под влиянием ферментов дегидрадаз, которые используют кислород, связанный с жиром, накопленным в теле пчёл с осени. Смена типа дыхания связана с большим скоплением пчёл (в клубе), где затруднена активная вентиляция и свободный доступ кислорода.
Пчёлы приобрели способность не выделять экскрементов в течение всей зимы, несмотря на систематическое питание. Пчёлы могут в течение всей зимы пополнять потребность в сахаре из медового зобика благодаря общественному образу жизни. Они очень полно усваивают сахара мёда, а складчатое строение толстой задней кишки позволяет значительно увеличивать её объём и удерживать содержимое до весеннего облёта. Пчелиная семья средней силы расходует в первую половину зимы 20-25 г мёда в сутки. Когда же в семьях появляется расплод, расход корма возрастает вдвое. При зимовке в помещении масса задней кишки с калом постепенно возрастает: в декабре – 18 мг, в январе – 20, в феврале – 24, в марте – 32, в апреле (перед облётом) – 34-36 мг. Пчёлы могут удерживать до 40 мг экскрементов.
В заднем отделе кишечника у зимних пчёл повышается активность фермента каталазы, играющего большую роль в окислительных процессах организма и в консервировании экскрементов, накапливающихся в течение зимы. Активность каталазы значительно выше у зимних пчёл, чем у летних, и она возрастает по мере накопления экскрементов в задней кишке пчелы. У слабозимостойких южных пчёл защитный механизм в задней кишке выражен слабее, чем у более зимостойких северных пчёл. Более высокая активность каталазы снижает отход пчёл и степень загрязнённости гнёзд к весне.
У поколения зимующих пчёл снижается содержание свободной воды в клетках тела (вода из свободного состояния переходит в связанное). Свободная вода, замерзая, разрушает структуру клеток и насекомое погибает. В связанном же состоянии она не замерзает, клетки тела сохраняются, в них продолжается замедленный обмен веществ с использованием резервных питательных веществ. Содержание воды у пчёл летней генерации 67-69%, осенней – 63-65%. Уменьшение свободной воды снижает активность жизненных процессов у пчёл. У северных зимостойких пчёл снижается уровень воды в большей мере, чем у южных. Исследования показали тесную зависимость между снижением свободной воды в теле пчёл и успешностью их зимовки. Весной, с началом активной жизни пчёл, количество свободной воды возрастает, и степень этого возрастания показывает потенциальную активность перезимовавших пчёл.
Хотя пчёлы пребывают всю зиму в условиях плюсовых температур (даже на периферии клуба она не опускается ниже 60С), но уровень температуры среди пчёл недостаточен для активного действия пищеварительных ферментов, разлагающих питательные вещества пыльцы. Поэтому зимой, до появления ранневесеннего расплода и повышения температуры в клубе, пчёлы не потребляют пыльцы.
Накопление резервных веществ в теле пчелы отражается и на её общей массе. Летние пчёлы имеют среднюю массу 62-70 мг, зимние – 70-84 мг. По массе пчёл осенней генерации можно судить о степени физиологической подготовленности к зимовке.
Масса тела зависит от питания пчёл, начиная с личиночной стадии их развития. У зимостойких пчёл сухого вещества в теле заметно больше по сравнению с менее зимостойкими пчёлами, а воды меньше.
Продолжительность жизни пчёл и их масса зависят от состояния их внутренних органов: глоточных желез, жирового тела и яичников. Эти органы являются местом, где откладываются резервные питательные вещества.
В процессе подготовки к зиме основная масса пчёл приобретает признаки физиологически молодых пчёл с хорошо развитыми глоточными железами. Глоточные железы выделяют два вида секрета. Первый вид секрета, входящий в состав молочка, выделяется пчёлами в молодом возрасте, когда клетки желез достигают максимального развития. У более старых пчёл, которые переходят к работе по сбору нектара, в секрете желез наблюдается увеличение активности ферментов, участвующих в переработке нектара в мёд.
Жировое тело насекомых, как уже отмечалось, выполняет различные функции в организме, связанные с откладыванием резервных веществ и выделением конечных продуктов обмена. У пчёл осеннего поколения происходит постепенное увеличение степени развития жирового тела, приблизительно до 30-дневного возраста.
У пчёл осеннего поколения в среднем яичники развиты лучше, чем у летних, хотя перед роением они могут достичь максимальной величины.
Таким образом, к осени в семьях нарождаются пчёлы с хорошо развитыми глоточными железами, жировым телом и яичниками. Они приобретают способность долго жить и переносить неблагоприятные условия зимы. Физиологические изменения внутренних органов пчёл и увеличение продолжительности их жизни обуславливаются, с одной стороны, усиленным питанием осенних пчёл пыльцой и с другой – полным отсутствием или наличием небольшого количества расплода, который ими выкармливается.
Всякое нарушение нормального хода зимовки пчёл могут привести к преждевременному их изнашиванию.
Молодые пчёлы поражаются нозематозом меньше, чем старые, физиологически изношенные. Это объясняется тем, что в средней кишке пчелы имеется фермент хемозин, который принимает участие в формировании перитрофической оболочки, предохраняющей организм от неблагоприятных факторов и, в частности, от проникновения в эпителиальные клетки болезнетворных микроорганизмов. Наиболее активен фермент у молодых пчёл в возрасте 9-12 дней, а у более старых его активность значительно снижается.
Заболевание пчёл нозематозом во время зимовки вызывает дегенерацию глоточных желез, жирового тела и приводит к ранней гибели пчёл. Установлено, что нозематоз нарушает и функцию ректальных желез, что проявляется в быстром падении активности фермента каталазы у больных пчёл. Поедание пчёлами в зимний период падевого мёда также приводит к нарушению функции ректальных желез и обуславливает резкое снижение активности каталазы, вызывая понос у пчёл.
