В отличие от большинства насекомых семьи медоносной пчелы выработали своеобразный способ зимовки, при котором все особи сохраняют активное состояние. Собираясь в плотный клуб, они суммируют теплообразование, а особая структура клуба обеспечивает сохранение тепла, в результате чего пчелиные семьи в состоянии перенести суровые морозы северной зимы.
Подготовка пчелиной семьи к зимовке начинается еще с лета. Перерабатывая нектар и превращая его в мед, пчелы готовят очень питательную концентрированную пищу для зимнего их поколения. Запасы меда они складывают в верхней части гнезда так, чтобы ими можно было удобно пользоваться в зимних условиях. Пчелы запечатывают запасы меда непроницаемыми восковыми крышечками, что предотвращает возможность восприятия им влаги, а также чрезмерного сгущения и кристаллизации меда в сухом воздухе. Несмотря на потребление зимой меда, пчелы в нормальных условиях экскрементов не выделяют. Благодаря особому устройству прямой кишки ее объем за зиму может увеличиваться в несколько раз и удерживать содержимое до весеннего облета.
В процессе эволюции пчелиная семья приспособилась к экономному расходованию меда в течение осенне-зимнего периода. Этому способствует также изгнание из гнезда трутней осенью, по окончании медосбора. Сначала пчелы изгоняют трутней с медовых сотов на стенки или дно улья. Здесь трутни обессиливают от голода, после чего пчелы вытесняют их из улья наружу, где они и погибают. Изгнание трутней наступает в разных семьях неодновременно и заканчивается в течение 3—7 дней. В период изгнания трутней семьи пчел отличаются повышенной злобливостью. Остаются трутни в зиму только в семьях без маток или с неплодными матками. Установлено, что перезимовавшие трутни весной могут спариваться с матками, если условия погоды будут этому благоприятствовать. Однако обычно они весной погибают раньше, чем наступит достаточно теплая погода.
Готовясь к зиме, пчелы вносят в улей прополис, которым тщательно заделывают все щели в улье и уменьшают леток. Обычно в летке.пчелы оставляют несколько круглых отверстий диаметром около 5 мм, причем эти отверстия не сквозные, а располагаются так, что холодный ветер зимой не может легко проникать внутрь улья.
Известно, что поселяясь в естественных условиях в дуплах живых деревьев, рои заделывают прополисом лишь потолок дупла. Через незаделанные жепрополисом стенки из гнезда удаляется часть излишней влаги, что благоприятствует успешной зимовке пчелиных семей.
Зимнее поколение пчел отличается от весеннего и летнего их поколения и физиологически. В теле пчел зимнего поколения откладываются резервные азотистые вещества, жир и гликоген. Изменяется тип обмена веществ. Если у летних пчел основные процессы образования тепла совершаются под воздействием ферментов оксидаз, разлагающих сахара с использованием кислорода воздуха, то у зимних пчел усиливается воздействие дегидрогеназ, которые используют кислород, связанный с жиром, накопленным в теле пчел с осени. Под внешним покровом зимних пчел и между органами их брюшка формируется значительная прослойка жирового тела, которая у летних пчел не развивается до такой степени.
Внутри клуба спокойно зимующей семьи содержание углекислого газа без вреда для пчел может повыситься до 3—4% (в воздухе обычно содержится его 0,03%), а содержание кислорода — снизиться до 4%. Следовательно, пчелы приспособлены к нормальной зимовке в условиях очень слабой вентиляции, причем, уменьшая с осени вентиляцию, они одновременно ограничивают и свободное поступление внутрь гнезда холодного воздуха.
У пчел, готовящихся к зиме, содержание свободной воды в клетках тела снижается, вода из свободного состояния переходит в связанное. Процесс этот особенно активен у насекомых, замерзающих зимой, благодаря чему они с весенним потеплением вновь могут возвращаться к активной жизни. Свободная же вода, замерзая в клетках тела, разрушает их структуру, в результате чего насекомое погибает. Находясь же в связанном состоянии, вода не замерзает; клетки тела при этом не разрушаются, в них протекает очень замедленный обмен веществ.
В гнезде пчелы зимуют в «теплых» условиях (не замерзают), температура их тела даже на периферии клуба не бывает ниже плюс 6°С. Однако приспособленность их к выживанию после замерзания сохранилась. Если собрать зимой со дна улья или неподвижно застывших на снегу во время первого облета пчел и постепенно их отогревать, то многие из них оживут, т. е. станут сначала шевелить ножками, затем двигаться и могут даже взлетать. Конечно, эти пчелы лишь возвращаются из состояния анабиоза к активной жизни. Но для этого в их медовых зобиках обязательно должен оставаться корм.
По окончании медосбора снижается, а затем и прекращается откладка маткой яиц и выращивание расплода. При этом старые матки раньше прекращают откладку яиц, молодые — позднее.
Понижение температуры раньше всего ощущают пчелы-на крайних сотах; они устремляются в таких случаях по направлению к теплу, т. е. туда, где находится основная их масса и матка. В улочках пчелы уплотняются. Так начинает формироваться зимний их клуб. В первое время он бывает рыхлый и неустойчивый, образуется ночью и распадается днем с повышением температуры воздуха. При ее повышении до 12—15°С пчелы облетываются, освобождая кишечники от экскрементов. Однако с устойчивым похолоданием образуется постоянный клуб, который сохраняется в течение всей зимы.
Место гнезда, в котором формируется клуб, зависит от размещения пчел и расплода еще в теплое время осени и определяется в основном тремя факторами.
Клуб всегда формируется под сотами с медом и своей верх ней частью охватывает нижние края медовых сотов. При таком расположении клуба пчелы могут доставать из ячеек мед и питаться им зимой, в то время как отделившаяся от клуба пчела сразу же замерзает.
- Клуб обычно формируется на сотах против летка. Это обеспечивает доступ в середину клуба свежего воздуха. Если леток с осени расположен в середине улья, то и клуб соберется на средних сотах; если же леток переместить, например, ближе к южной стенке улья, то и клуб сдвинется к ней.
- Собираясь в клуб, пчелы стягиваются в направлении к источнику тепла. «Тепловой центр» в гнезде находится обычно в середине клуба, где располагается матка. При появлении какого-либо внешнего источника тепла клуб отклоняется в его направлении.
Если, например, поселить в разгороженном наглухо перегородкой улье две семьи, то клубы обеих семей соберутся у общей стенки (перегородки) улья.
В дуплах деревьев зимний клуб пчел всегда размещается в части гнезда между медовыми (вверху) и пустыми внизу сотами. Тогда, охватывая верхней частью клуба медовые соты, основной своей частью он располагается на пустых сотах, образующих его «ложе». По мере расходования корма клуб пчел медленно перемещается вверх, вслед за медом. При таком его перемещении клуб весной будет находиться на тех же сотах, только немного выше места его сбора осенью.
Зимний клуб пчел имеет четко выраженное строение — внешнюю корку и внутреннее ядро. Пчелы, составляющие внешнюю корку, сидят неподвижно, плотно прижавшись одна к другой, головой они обращены к центру. Находящиеся в корке клуба пчелы размещаются не только в улочках, но и в пустых ячейках. Толщина корки клуба зависит от внешней температуры. При понижении температуры клуб уплотняется, все больше пчел размещается в ячейках, толще и плотнее становится корка. Бо время сильных морозов половина всех пчел может войти в состав корки, при этом клуб становится меньше и плотнее. Особенно много пчел размещается в ячейках по бокам и в нижней части клуба, где толщина корки может достигнуть 15 см. В корке преобладают пчелы старшего возраста. При таком строении корки надежно сохраняется тепло, выделяемое пчелами в середине клуба.
Пчела находится в составе корки клуба до тех пор, пока в ее зобике остается запас меда. Когда он иссякает, пчела «ныряет» в глубь клуба, добирается до запасов меда и наполняет им зобик. В условиях зимнего клуба пчелы не передают мед одна другой, а каждая пчела сама берет его из ячейки. Пчелы предварительно распечатывают ячейки с медом, благодаря гигроскопичности он несколько разжижается, воспринимая влагу, выделяемую пчелами. Чем суше воздух, тем больше ячеек распечатывают пчелы. Наполнив зобик медом, пчела присоединяется к особям, составляющим внутренний слой корки. Пчелы в ячейках ведут себя очень спокойно, обмен веществ у них понижен.
Внутреннее ядро клуба состоит преимущественно из молодых пчел, располагающихся относительно свободно; в результате они могут перемещаться по сотам. Тепло исходит в основном от этих пчел. Образуется оно в результате потребления ими меда, а также при механических движениях (подергивание крыльев). Зимой из улья обычно слышен своеобразный шум — это результат согревательных движений многих тысяч пчел в ядре клуба. Внутри клуба пчелы поддерживают сравнительно высокую температуру: на небольшом участке в середине клуба она достигает 28—32°С. От теплового центра по направлению кверху температура снижается постепенно, книзу же — более резко (из-за притока холодного воздуха). В толще корки бывает плюс 6—10°С.
С изменением внешней температуры объем клуба в течение зимы изменяется. При похолоданиях клуб сжимается, при относительных потеплениях расширяется; по мере освобождения сотов от меда он перемещается вверх. Следует отметить, что тепло внутри клуба при изменении его объема поддерживается не столько повышением теплообразования, сколько снижением тепловых потерь. Так, при снижении внешней температуры на 5°С диаметр клуба уменьшается на 12%, этого достаточно для сохранения первоначальной теплоотдачи. Благодаря такой реакции на низкие температуры пчелы могут переносить большие холода без значительного увеличения расхода корма.
Соты с печатным медом смягчают резкие колебания температуры в улье.При охлаждении более теплые соты медленно излучают тепло; при потеплении же, поглощая тепло, они способствуют медленному повышению температуры. Благодаря этому при резком изменении внешних условий пчелиная семья в состоянии постепенно приспособиться к новым условиям.
Температура в центре клуба на протяжении зимы изменяется мало — обычно не более чем на 1—2° за сутки. Однако в целом она к весне повышается. К концу февраля температура в центре клуба достигает 32—33°С, что побуждает матку к откладке яиц. Пчелиная семья средней силы расходует в первую половину зимы по 20—25 г меда в сутки. При этом выделяется около 14,65—18,42 кДж тепла в 1 ч. С конца февраля, когда в семьях появляется расплод, расход меда возрастает примерно вдвое.
При зимовке в помещении масса задней кишки с калом увеличивается в декабре до 18 мг, в январе—до 20, в феврале — до 24, в марте — до 32, а в апреле перед облетом — до 34—36 мг. Пчелы нормально удерживают до 40 мг кала. Если зимой пчел что-либо беспокоит (например, мыши) или они питаются недоброкачественным медом (закристаллизовавшимся или с примесью пади), то нормальное заполнение задней кишки нарушается, и пчелы могут заболеть поносом, вызывающим ослабление и гибель семей.
Зимой происходит регулируемый пчелами обмен воздуха в клубе. В нижней части клуба, против летка, корка состоит из тонкого слоя сравнительно рыхло сидящих пчел. Такого же строения место находится и в верхней части корки клуба. Значение этих проницаемых для воздуха мест в корке клуба можно выявить по концентрации углекислого газа внутри него. Меньше всего углекислого газа находится в нижней части клуба — против летка вблизи разрыхленной части корки. По мере продвижения к верху клуба концентрация углекислого газа возрастает и наибольшей величины достигает вблизи разрыхленной части корки в верху клуба. Следовательно, из клуба воздух выходит через разрыхленное место корки в верхней его части, а на его место поступает свежий воздух через нижнее рыхлое место корки клуба. С понижением внешней температуры пчелы в рыхлых местах корки уплотняются.
Тепло в клубе пчел зимой образуется в результате разложения сахаров, которыми питаются пчелы. Выделяют же пчелы углекислый газ и воду. От них семья пчел должна зимой избавляться, так как при их накоплении в гнезде нарушается нормальное состояние зимующих пчел. Углекислый газ удаляется из гнезда без особых затруднений, так как он легко проникает через стенки ульев, подушки и другие преграды. Кроме того, пчелы в малоактивном состоянии хорошо приспособлены к жизни при высокой концентрации углекислого газа. Внутри клуба спокойно зимующей семьи его концентрация достигает 2—3%. Чем плотнее клуб и чем спокойнее зимуют пчелы, тем больше внутри клуба содержится углекислого газа.
Вода, образующаяся в теле пчелы, выводится из организма в виде водяного пара (как и углекислый газ) через трахейную систему. При относительно сухом воздухе в трахеях пчел организм легко освобождается от ее избытка. Если же воздух в зимовнике сырой, то водяные пары не могут удалиться из тела или удаляются в недостаточной степени. При задержке воды в организме у пчелы в прямой кишке накапливается жидкий кал. Это приводит к беспокойству пчел, а в дальнейшем и к развитию поноса.