DoD's bisyssla

Så var sommaren 2023 över och för vår del den tuffaste säsongen någonsin med mycket problem och därmed klen honungsskörd. Nå, vi har i vart fall invintrat 13 hyggligt starka samhällen med två nordiska svarta nykomlingar. Det ska bli oerhört spännande att följa dem och se vilka påståenden som håller och vilka som kan avfärdas som myter; de äter mindre under vintern, de har mindre kluster, de har långsammare vårutveckling, de sätter inget vinteryngel och klarar därmed Varroan bättre, visst ja vi får inte glömma att de är ilskna. Det sista påståendet avfärdar vi direkt som en myt då vi var in i kuporna senast idag och gjorde mjölksyra då de har något för högt nedfall. Snällare bin får man leta efter och dessutom är det två andra myter till som vi kan slänga på sophögen. Inte sjutton är bina ilskna på hösten och inte heller är det någon särskilt stor risk för röveri om man öppnar på hösten.
Vad gäller att bina skulle vara ilskna på hösten hänger det nog ihop med att många biodlare tömmer kuporna vid den sk slutskattningen för att något senare ge sockervatten. När all maten försvinner blir bina givetvis desperata och försöker förtvivlat hitta mat och då blir de irriterade eftersom det inte finns någon nektar (dödsdom för dem) samt ger sig på svagare samhällen som eventuellt har lite mat. Inte alls konstigt.
Eftersom vi aldrig gör någon slutskattning där vi tömmer kuporna på mat upplever inte våra bin att de svälter och behöver således inte ägna sig åt röveri utan kan lugnt fortsätta med sitt samlande.

Idag var en hyggligt varm höstdag och bina flög som bara den – de var alldeles vita så det är jättebalsamin som de har hittat. Många hade ljust pollen med sig så det blir bra reserv för vinteryngel längre fram.

Vi har också kommit till slutet på vårt Varroa test där vi gjort en kontrollerad studie för att visa att man kan klara sig med drönarutskärning och mjölksyrebehandling och därmed helt slippa använda myrsyra och oxalsyra. Vi startade med 14 testkupor (drönarutskärning och mjölksyra) och 11 kontrollkupor som får traditionell behandling med myrsyra och oxalsyra som positiv kontroll. Nedan ses delresultat efter att drönarutskärnigen avslutats kvar är att göra oxalsyra på samtliga kupor för att jämföra hur många kvalster som finns kvar i de bägge grupperna. Ett oväntat sidoresultat är att det ser ut som om vissa kupor har VSH egenskaper då de har klarat en hel säsong utan någon behandling alls – detta ska vi titta närmare på. Det är stor skillnad på hur olika kupor klarar sig trots att de står bredvid varandra och förklaringen kan vara VSH egenskap hos några kupor.

Som biodlare undrar man ständigt vad bina hittar att dra på och man blir hela tiden överraskad på vad de hittar på. Nu är det uppenbarligen vindruvor som är favoriten, det lustiga är att björnbären som växer på samma ställe är ointressant. Uppenbarligen är det mer socker i druvorna än björnbären.

Varför kristalliserad honung ger utsot (och orsakar svält) på vintern
Många frågor ang vilken honung som är lämplig som vintermat och några tror (felaktigt) att ljung skulle ge utsot, (se artikel om orsak till utsot för referenser https://dodsbisyssla.com/orsaker-till-utsot/).
I honung är det glukos som kristalliserar och honung med hög andel glukos kristalliserar således snabbare än honung med låg andel. Kristallisering börjar med att en kärna (pollenkorn tex) drar till sig en sockermolekyl som sen drar till sig ytterligare molekyler och så har en kristall skapats. Den växer mer och mer och till slut har all glukos kristalliserats och vi har en hård honung med stora socker kristaller. Kristallerna bär inget vatten utan vattnet kommer då att blandas med fruktosen och vattenhalten stiger i fruktosdelen. När bina sen ska äta honungen kan de bara tillgodogöra sig fruktosdelen (med alldeles för hög vattenhalt) som då ger mer överskottsvatten och stor risk för utsot. Glukosdelen kan de inte använda och således riskerar de dessutom att svälta ifall en stor del av vinterförrådet har kristalliserats. Det här kan man lätt kolla genom att ställa in en burk med hård rapshonung i en kupa. Ungefär hälften försvinner snabbt och det som blir kvar är ren glukos som det tar lång tid, även på sommaren, för bina att lösa upp.
Ympning av honungen ger snabb kärnbildning vilket stoppar kristalliseringen och vi får en slät honung utan stora sockerkristaller.

Ibland hör man att i år var ett dåligt honungsår och detta året är ett år då många fått extremt lite honung samtidigt som en del hävdar att de haft ett rekord år. Vi har för egen del fört statistik över alla år vi haft bin och då kan man se en del intressanta saker – de dåliga åren har haft lite med vädret att göra och mer med hur vi har skött bina.
De år vi gjort misstag har resulterat i dålig skörd medan torka och dåligt väder har haft relativt lite påverkan på resultatet.
2018 var ett år med extrem torka men vår skörd var ändå bra eftersom maj och juni gav mycket honung. 2019 däremot, som var bra vädermässigt, ställde vi till det för oss och lät oss påverkas av att biodlare påstod att det var svärmår. Vi gjorde avläggare helt i onödan och alldeles för tidigt och sen kom kylan och utvecklingen av samhällena gick i stå. Det året fick vi knappt någon honung alls och tvingades att använda socker för invintringen. Resultatet blev att bina var svaga i maj året efter och drog ingenting med uselt honungsresultat. Det året räddades vi av ljungdraget som gjorde att vi kunde invintra på honung och året efter var allt som vanligt igen. Normalt för våra starka bin som bara får honung och naturpollen är att ge 50 kg i skogsgården och 70-80 kg i vår hemgård där vi har raps. Det ska jämföras med Sverigesnittet på 25-30 kg vilket innebär att även om vi låter bina behålla 15-20 kg har vi ändå minst lika mycket kvar åt oss själva som de som tömmer kuporna fullständigt. En annan intressant sak är att en stor del av vår skörd får vi i maj vilket möjliggörs av att bina är starka redan i slutet av april och när väl första draget kommer är de redo. När vi invintrade på rent socker blev det inte så utan maj användes för uppbyggnad och först i juni var de redo att dra in honung. Men så dags på året är många drag redan slut – på västkusten blommar Lönn i början av maj och detsamma gäller de flesta bär och fruktträd, höstrapsen andra veckan i maj, hallonen i början på juni. Det enda drag som återstår i slutet på juni är Linden och med bara ett drag kan man inte förvänta sig några jätteskördar. Nedan finns två grafer och den nedersta visar skörd per månad av två år med ljungdrag, 2020 hade bina vintrats in med socker och 2022 med honung och eftersom båda åren var ljungår var även vädret rätt likartat.

Så närmar vi oss slutet på biåret där det endast återstår att se till att matförrådet är stort nog (18-20 kg +2-3 kg pollen) samt kolla kvalsternivåerna och avgöra ifall behandling behövs och isf vilken. För vår del har alla samhällen relativt låga nedfall så vi behöver inga behandlingar utöver mjölksyra. Men eftersom vi gör ett Varroatest där kontroll ska ha myrsyra får vi också göra det.
Honungsresultatet har varit rätt usel och vi har gett tillbaks all honung förutom rapsen och vi får leva på vårt lager. Vi är glada att vi faktiskt hade en liten buffert och “lessons learned” får bli att vi behöver skapa en buffert som är lika med ett årsbehov.

Planera nästa år
Vi rekommenderar att man gör en verksamhetsplan för kommande år – den behöver inte vara detaljerad eller högtravande men skulle kunna se ut såhär för en nybörjare:
Vi invintrar två samhällen och vi har fått 35 kg honung

Nästa år planerar vi att utöka till tre samhällen. Då behöver vi köpa en kupa, en avläggarekupa samt 60 nya ramar med vax.
Vi vill öka honungsmängden från 35 kg till 50 kg och då behöver vi 100 glasburkar + etiketter.

För vår del ser det ut såhär:
vi invintrar 13 kupor och siktar på 17-20 kupor nästa år. Vi har redan kupmaterial så ingen investering där. Vi behöver 200kg för egen del, bygga buffert med 100-200 kg samt 300 kg som vintermat. Totalt ca 700 kg varav 3-400 behöver burkas. Vi behöver köpa ca 800 burkar samt etiketter. Vi har även som mål att skaffa en stor kund till vilket isf kommer kräva ytterligare honung. Vi har rammaterial så vi klarar oss men vi kan behöva köpa till vax, vi får inventera vaxförrådet. Vi har 2 svarta drottningar (AMM) och där kommer vi jämföra produktion, humör, kvalstermotstånd med våra befintliga bin och om de klarar sig bra kommer vi successivt gå över till enbart svarta bin.

Så kan en enkel plan se ut
Lycka till med nästa år

Nu har vi kommit till sista delen i hur klustret fungerar och hittills har vi lärt oss följande
1. Minst energi (honung) går åt vid ca 5 grader C
2. Konsekvens av detta är att mängden honung som behövs beror på hur kall vintern är samt hur lång den är
3. Bina håller normalt ca 20-25 grader C i klustret vilket ökas upp till 34-35 grader C vid yngelsättning.
4. Värmen alstras av klusterbinas metaboliska värme men vid behov kan några “värmebin” generera extra värme. Värme går från klustret till mantelbina och inte tvärtom.
5. För små samhällen kommer inte kunna sätta vinterbin vid behov och riskerar problem med utsot.

Reglering av gaser i klustret

Det är avgörande för kolonins överlevnad att minimera konsumtionen av honungsförråd över vintern. Det fysiska arrangemanget av de värmande och isolerande bina ger ett extremt energieffektivt kluster. Ibland, kanske för effektivt – även den vilande metaboliska värmeeffekten från bina i ett stort kluster kan producera så mycket värme att klustret kan tvingas expandera (för kylning) till en punkt att det slösar värdefull energi. Van Nerum och Buelens [24] ställer den skarpa frågan: “Är höga temperaturer [i kärnan] funktionella eller är de bara en bieffekt?”

De fann att bina har ännu ett trick i rockärmen – genom att skapa en nästan perfekt hermetisk tätning i skalet på isolatorbin (som bara behöver begränsa luftflödet i bivägarna mellan kammarna), kan de faktiskt kontrollera mängden syre , CO2 och fukt i den instängda luften, och går därmed in i ett diapause- (eller viloläge) liknande tillstånd av minskad ämnesomsättning.

Övervintringskluster verkar uppvisa en metabolisk hastighet som är lägre än de “vilande” ämnesomsättningshastigheterna för de enskilda bina tillsammans, vilket indikerar att bina i vinterklustret kan minska sin ämnesomsättning ännu mer än hos ett normalt “vilande” bi. De verkar göra det genom att gå in i ett “hypoxiskt” (lågt syretillstånd).

De normala koncentrationerna av syre och CO2 i atmosfären är 21 % respektive 0,04 % [25]. I klustrets snäva gränser förändras förhållandet mellan dessa gaser dramatiskt – syre sjunker till cirka 15 % och CO2 stiger dramatiskt till 6-10 % (en koncentration som är tillräckligt hög för att döda en människa). Först i den övre delen av det intervallet initierar bina i kärnan hörbar fläkt för att fräscha upp luften [26].

Praktisk sammanfattning: det är inte klart exakt vilka signaler (eller kombinationer därav) som gör att bina i skalet expanderar. Ledtrådar kan vara temperaturen som de känner av med huvudet, en outhärdlig nivå av CO2, eller kanske fläkten och trycket av bina i kärnan när de blir upprörda på grund av för hög temperatur eller CO2 [27].

I vilket fall som helst visade Van Nerum experimentellt att bina kraftigt minskar sin ämnesomsättning i en hypoxisk atmosfär, tills CO2 överstiger en viss nivå. Detta trick verkar vara till nytta för kolonin genom att det hjälper den att bevara honungsförråd. Dessutom kan det vara viktigt för dess bevarande av vatten…

Vattenbesparing

En biodlare lär sig snabbt att för mycket fukt i kupan under vintern är riktigt tufft för bina (bild 7).

Biodlare gör ofta mycket för att undvika fuktuppbyggnad i kupan under vintern. Man bör göra det med försiktighet, vilket förklaras i en fascinerande artikel av Möbus för en tid sedan i denna tidskrift [28]. Han påpekar att bina i en klunga ofta är desperata efter vatten, och att ju större klunga desto mer sannolikt är det att de drabbas av uttorkning.

På samma sätt som vi förlorar en insekt fukt vid varje utandningsandning (såvida den inte befinner sig i en miljö med 100 % relativ fuktighet). Insekter använder alla knep i boken för att undvika uttorkning, och bin är inget undantag. Bin andas bara ungefär två gånger i minuten, såvida de inte genererar värme, då man lätt kan se dem pumpa sina underliv snabbare för att få in syre och släppa ut CO2. Men de måste öppna sina spirakler när CO2-halten i luften ökar (som i vinterklustret), och därmed förlora vatten ännu snabbare.

Bin i klungan konsumerar honung för energi, men måste späda ut den med vatten för att smälta den. Så var får de det vattnet? När kolonin bryter kluster under varma vinterdagar kan du se arbetare som desperat letar efter vatten. Resten av tiden måste kolonin bevara sin dyrbara fukt. Till att börja med tätar de det inre av hålrummet med propolis och vax, för att göra ytan relativt vattentät. Och då drar de fördel av relativ luftfuktighet och kondens.

Relativ luftfuktighet är andelen vattenånga i luften i förhållande till den mängd som den skulle kunna hålla om den är helt mättad vid den temperaturen (ju varmare luften är, desto större mängd vatten än den kan hålla). I likhet med effekten av att orsaka mycket låg luftfuktighet genom att värma upp luften i ett hus under vintern, kommer den relativa luftfuktigheten i den varma kärnan av klustret att vara ganska låg, vilket gör att bina där blir ständigt törstiga. Å andra sidan kondenserar vattenånga till flytande vatten på ytor som ligger under daggpunkten (den temperatur som vattenånga vid en given relativ fuktighet börjar kondensera).
Ungefär 6/10 av ett kg vatten frigörs under smältningen av ett kg honung [29] – det mesta “metaboliskt vatten” från nedbrytningen av socker till CO2 och vatten. Det betyder att en icke-flygande koloni som konsumerar en typisk sjättedel av ett kg honung per dag producerar ungefär en halv kopp vattenånga per dag. Möbus visar en tabell över metabolisk vattenproduktion och förlust från bins kroppar vid olika temperaturer. Tabellen visar att de varma bina i klusterkärnan skulle förlora vatten, medan de kalla bina i det isolerande skalet skulle få det. Vi förväntar oss att mycket av det metaboliska vattnet från till kärnan kondenserar på den svala ramen (kanske späder honungen i öppna celler) eller på binas kroppar i skalet, varifrån det på något sätt förs tillbaka till bina i skalet. kärna [30], kanske med honungen som passerat från skalet av bin i periferin av klustret till de hungriga bina i kärnan.

Sen har vi frågan om värmeåtervinning från den vattenånga som släpps ut från klustret varje dag. Det tar ungefär en halv kalori att förånga ett gram vatten; den energin kan återvinnas genom att kondensera vattenångan på en sval yta (vilken yta som helst under daggpunkten för den utströmmande varma luften från klustret). Tänk på att vattenånga är mindre tät än luft. Som ett resultat, såvida inte det tätt packade skalet av bin begränsar det, kommer den uppvärmda, vattenångrika luften i klustret snabbt att fly ut ur de övre passagerna mellan kammarna.

Mycket av denna vattenånga kommer att kondensera i binas svala yttre skal, och på så sätt fånga dess värme i kärnan. Men om en koloni konsumerar en sjättedel av ett kg honung om dagen, måste den också släppa ut den vattenånga som produceras varje dag (antingen ventileras ut som ånga, eller rinner ut ingången som vätska). Den ångan innehåller ungefär 12 % av energin i honungen som konsumeras. Om den ångan kondenserar på ramarna eller kavitetsväggarna som omger klustret, kommer den frigjorda “latenta värmen” att värma upp utrymmet runt klustret, vilket sparar energi (särskilt om det släpps ut under klustret; jag återkommer till detta ämne när jag diskuterar design av bikupor).

Sammanfattning

I nästa avsnitt kommer jag att fortsätta med de biologiska och praktiska aspekterna av vinterklustret, såsom matkonsumtion, dysenteri, sjukdomar och design av bikupor. Men jag tänkte avsluta den här diskussionen med att skapa diagrammet nedan i ett försök att sammanfatta de fysiska processerna som äger rum inom vinterklustret (Fig. 8).

I ovanstående diagram har jag illustrerat fysiken som äger rum i vinterklustret. Den stora massan av tätt packade, inåtvända bin i det isolerande skalet genererar kontinuerligt (asterisker) precis tillräckligt med värme för att förbli över kyltemperaturen – pumpar värmen inåt från deras bröstkorg till huvudet (samt låter nederdelen vara kall). Spridda bin i kärnan höjer sina bröstkorgstemperaturer för att värma upp sin omgivning, vilket sedan kan tvinga skalbina att öppna upp och expandera storleken på klungan. Om kolonin behöver föda upp yngel, kommer värmebin i mitten av kärnan att reglera temperaturen där till cirka 35˚C.
Jag har ritat pilar för att indikera att när temperaturen stiger i kärnan, sjunker nivåerna av syre och relativ luftfuktighet dramatiskt, medan CO2 stiger till skyhöga nivåer. Vattenånga lämnar klustret tillsammans med den uppvärmda luften och avger sin latenta värme då den kondenserar på ytorna som omger klustret, vilket minskar strålningsvärmeförlusten.

Summa summarum: även om ett antal forskare har ägnat mycket tid åt att undersöka vinterklustret, dynamiken i värmeproduktion, bins beteende när det gäller att reglera klustrets storlek och överföring och bevarande av vatten och föda, är mycket fortfarande dåligt förstått. Jag har gjort mitt bästa för att smälta och sammanfatta det vi vet, men det finns fortfarande mycket kvar att lära.

Erkännanden

Vår förståelse av vinterklustrets fysik kommer från otaliga tusentals timmar av tidskrävande och noggranna mätningar och experiment av biforskare. Vi biodlare är står i tacksamhetsskuld till dem och borde göra allt vi kan för att stödja nästa generations forskare. Jag vill också uttrycka min tacksamhet till min kollega Peter Borst och Dianne Behnke för deras snabba hjälp med litteraturforskning när jag skyndade mig att slutföra denna artikel

Referenser:

[25] CO₂ was at only 0.032% when I was born. We humans are causing CO₂ to rise relentlessly, which is having serious effects in the biosphere.

[26] Johansson (1979) op cit..

[27] Simpson, J (1961) op cit.

[28] Möbus, B (1998) Rethinking our ideas about the winter cluster; Part II. ABJ August 1998: 587-591.

[29] By my calcs, 77g of water in 17% moisture honey, plus 211 g of metabolic water produced from the digestion of the sugar, from a pound of honey.

[30] Simpson, however, notes that such condensation is not visible on or immediately adjacent to the shell bees.

Här är en film som visar hur vi gör när vi invintrar våra bin på honung. Samtidigt utmanar vi myten att svarta bin skulle vara ilskna – här rotar vi igenom hela kupan och vi använder bara vatten med lite anis i för att få bina att gå undan. Finns ingen anledning att använda rök som enbart stressar bina. Fler myter som inte håller, dvs att bin skulle bli mer ilskna på hösten (svältande bin blir aggressiva) samt att man måste ha rök för att lugna bin (rök stressar alla även bin).

Det här året har varit ett uselt år på alla sätt vad gäller våra bin – det började med fuktproblem i vintras som gjorde våra samhällen svaga, torkan i juni så både hallon och Lind-draget försvann. Sen ett blött och kallt Juli och ostadigt augusti. Idag var första gången på hela året då allting var bra; våra svarta drottningar har etablerat sig och har nu starka och superlugna samhällen, alla kupor är urstarka inför vintern, samhället som var lite irriterat tidigare är nu lugna igen (troligen för att det nu finns tillräckligt med mat i kupan) och äntligen var det ljungdrag. Vår tes verkar stämma då det var blött i Juli och så fort det blev en varm dag så kom draget igång. Men säg den glädje som vara – vädret fortsatt ostabilt så någon större mängd Ljung kommer det tyvärr inte att bli.

Slutgenomgång av våra kupor visar att de lyckats hitta lite nektar i augusti, tyvärr alldeles för litet för att klara vintern. Vi blir tvungna att ge dem tillbaks allt vi slungat i sommar för att de ska få tillräckligt med mat till vintern. Pollen finns i bra mängder i alla fall. Kvalstersituationen ser däremot oförskämt bra ut med endast en kupa som har lite för högt nedfall men det bör vi få ner med mjölksyrebehandling. Därmed har årets kvalster strategi lyckats fullt ut och ingen kupa kommer behöva vare sig myrsyra, oxalsyra eller annan behandling utöver drönarutskärning samt mjölksyra. I och med att vi gör en studie kommer vi ändå att använda oxalsyra för att bekräfta att populationen korrelerar med antagandet att nedfall kan prediktera den totala populationen.
Alla samhällen ser ut att nå tillräcklig storlek för en bra övervintring – runt 15000 bin är lagomt dvs 10-12 ramar LN fulla med bin.

I första delen konstaterade vi att bina gör av med minst energi vid ca 5 grader (motsvarande 10 W/kg bin) och vid yttertemperaturer nedåt -15 grader C ökar energiförbrukningen så den motsvarar vad som går åt vid flygning vid 20 grader C. Binas förmåga att isolera och spara värme motsvarar vad som uppvisas av fjällfåglar som ripor.

Del 2 – Binas värmeproduktion och distribution i klustret

Sammanfattning: Mantelbina skapar isolering och ser till att värmen hålls på en lagom nivå i mitten av klustret. När det blir kallt drar de ihop sig och när det blir för varmt går de isär och skapar kanaler där värmen kan släppas ut. I klustret räcker vanligtvis binas normala metabolism för att hålla värmen men vid behov producerar en del bin extra värme genom att vibrera bröstmusklerna. Värmen går från klusterbina till mantelbina och inte tvärtom.

Det har under åren föreslagits ett antal hypoteser och modeller för att förklara hur klustret producerar och reglerar sin temperatur för att förverkliga en sådan häpnadsväckande energieffektivitet [5].
Simpson (1961) förklarar:
Ett … felaktigt antagande har varit att eftersom mitten av ett kluster är varmare än periferin, måste bina i mitten producera mer värme än de längre ut. [Men lagarna för värmeöverföring säger oss att om] bina i mitten överhuvudtaget producerar någon värme, måste de ständigt förlora värme till de yttre bina för att förbli vid en jämn temperatur, och eftersom värme bara kan passera från ett varmare område till en kallare måste de inre bina vara varmare än de yttre.
Det var den legendariske insektsfysiologen Bernd Heinrich som visade att även den basala metaboliska värmegenereringen av bina i klustret skulle räcka för att upprätthålla en tropisk miljö inuti klustret, så länge det var en isolerande mantel av bin på utsidan.

Jag tvekar att påstå att vi definitivt förstår all mekanik för termoreglering i kluster, men jag ska göra ett försök att sammanfatta vad de som har studerat det noggrant har kommit fram till [6]. Jag ska titta på klustrets funktion genom en evolutionär biologs ögon och göra den matte som en fysiker skulle kräva. Vår utgångspunkt är att honungsbiet är en tropisk insekt, och behöver hålla en relativt hög kroppstemperatur.
Som noterat av Johannson [7]: “Små djur med en stor yta i förhållande till sin kroppsmassa förlorar relativt mer värme och måste bibehålla en högre ämnesomsättning.” Honungsbin kommer runt detta problem under kallt väder genom att klumpa ihop sig för att skapa en större varmblodig superorganism.

Skaka några bin på marken en sval dag, och de kommer omedelbart att börja klunga ihop sig för värme. Genom att krypa tätt tillsammans kan de dela sin metaboliska värme, samtidigt som de minimerar mängden yta från vilken värme går förlorad. Ett oroligt kluster av några kilo bin genererar en hel del metabolisk värme, vilket alla som har placerat sin hand ovanför en svärm eller ett paket med bin en sval dag kan intyga.
Som förklarat av Simpson [8]: “Ett inaktivt bi vid 35˚C förbrukar minst 1 mikroliter syre per minut. Detta, i förhållande till kroppsvikten, är jämförbart med syreförbrukningen för en man som utför hårt manuellt arbete … ett flygande eller [värmeproducerande bi kan generera] kanske 100 gånger så mycket värme som ett vilande bi.” Ett bi som vill öka sin värmeproduktion kan isometriskt vibrera de massiva vingmusklerna i bröstkorgen (du kanske inte ser vibrationen, men du kan se hur buken pumpar när det andas kraftfullt). Bin kan producera en ämnesomsättning som är lika med den hos ryggradsdjuren med högst energi, såsom kolibri eller näbbmuska. Men ett bi får aldrig tillåta sig att bli för kallt – det kommer att gå in i “nerkylnings koma” vid cirka 10°C, varpå det förlorar förmågan att återaktivera sina flygmuskler för uppvärmning och så småningom dör.

Således är 50 grader Fahrenheit (10°C) den lägsta tillåtna temperaturen för något bi i klustret. Och det är exakt brösttemperaturen för de yttersta bina i klustret [9], som bildar ett omslutande tätt packat isolerande skal av arbetare, ungefär 1-3 tum tjockt. Såsom väl beskrivs av Southwick [10], dessa yttersta bin är vanligtvis vända inåt (eller uppåt om droppar av kondenserat vatten droppar på deras rygg), “packade bröstkorg till bröstkorg med en mängd sammanflätade brösthår.”
Denna “head-in-orientering” av bina i skalet drar fördel av deras anatomi – ett bis cirkulationssystem pumpar hemolymfa (och eventuell värme) mot huvudet. Och på grund av ett fint värmeväxlingssystem av aortan i bladskaftet (midjan) kommer praktiskt taget ingen värme till buken [11]. Således fungerar ett skal av tätt packade bin (inklusive de i tomma celler) som en kombination av isolering (på grund av de duniga “håren” som täcker deras kroppar), en barriär för konvektiv luftcirkulation (och fångar därmed värme och fukt i kluster), och som en “värmepump” som kontinuerligt trycker tillbaka värmen mot mitten av klustret.
I kallt väder håller binas isolerande skal en temperaturgradient från ungefär 48–65˚F (9–18˚C) – svalast på utsidan, varmare mot mitten. Klustret utstrålar den minsta mängden värme på grund av att mantelbina är vända med huvudena inåt, där deras hemolymfa pumpar värme från sina värmealstrande bröstmuskler till huvudena – och exponerar bara deras kalla underliv för den kalla luften utanför klustret [13] . Och när skalet av bin når en viss storlek kommer dess värmeförlust i jämvikt med värmen som produceras av binas kombinerade basala metabolism av alla bin i klustret. I själva verket, som vissa nordliga binraser visar, kan alla bin i en grupp av fotbollsstorlek hålla sig över “nerkylnings koma” temperatur helt enkelt på grund av sin basala metabolism.
Som Bernd Heinrich observerade [14], räcker den basala metaboliska värmeproduktionen av de samlade bina i skalet enbart för att upprätthålla kolonivärmen över kyltemperaturen utan någon ytterligare värmeproduktion från klusterkärnan.
Ett så litet kluster skulle räcka för att hålla en koloni vid liv en kort stund, om det inte vore för två andra nödvändiga krav:

1. Att värma sig tillräckligt för att flytta till nya honungsdepåer, och till
2. Värma upp ett yngelbo för uppfödning av ersättningsarbetare eller för tidig våruppbyggnad.
3. Och detta för oss till den allra viktigaste punkten. Owens uppmätta isotermer indikerar att klustret försöker hålla en kärntemperatur på cirka 80˚F (27˚C) [17] – vilket tillåter de fritt placerade bina där att röra sig, konsumera honung, ta hand om drottningen, etc. Så låt oss tänka på den där 27˚C-kärnan. Bina i skalet når aldrig den temperaturen, och eftersom värmen bara rör sig från varmare områden till kallare områden kan de inte vara ansvariga för den tropiska temperaturen i kärnan. Här är en termograf
   
   Från Stabentheiner’s papper: Observera att bina i det isolerande skalet, även om de alstrar värme, låter deras magar (mörkblått) svalna till så lågt som 5˚C. Men författarna visar att huvuden på dessa skalbin är varmare än deras bröstkorg, vilket betyder att de tar emot värme från kärnan.
   
   Stabenthalers data indikerar att de flesta bin i kärnan genererar värme på en låg nivå, men att vissa ökar värmeproduktionen rejält då och då. På samma sätt verkar bara en liten del av bina i manteln generera värme i en exceptionellt hög hastighet.
   Fynden av Kovak (Kovak (2007) Respiration of resting honeybees.  J Insect Physiol. 53(12): 1250–1261) indikerar att ett bis basala ämnesomsättning ökar när dess miljö värms upp från 50F till 95F. Som Heinrich förklarar är den basala ämnesomsättningen tillräckligt för att de inre bina skulle “koka sig själv” själva om den värmen inte försvinner ur klungan. Således är uppgiften för bina i manteln att täta eller minska klustrets isolering för att spara eller släppa värme (genom att öppna ventilationskanaler). Ju större klustret är, desto mer benäget är det att överhettas! Således behöver mantelbina bara hålla sig över “komatemperaturen, för att producera en temperaturgradient från den varma kärnan till utsidan av klustret, så att överskottsvärme kan komma ut, och dra ihop sig om nödvändigt för att spara värme om det behövs.
   Av ovanstående skäl är det i allmänhet till kolonins fördel att vara större – upp till en viss utsträckning. Så väl som Heinrich beskrev, ju fler bin i klustret, desto större är förhållandet mellan metabolisk värmeproduktion och värmeförlust från det yttre skalet, och klustret kan därmed upprätthålla en högre kärntemperatur. Faktum är att när en klunga når omkring volleybollstorlek, kan ibland bina i det isolerande skalet tvingas expandera utåt för att undvika oavsiktlig överhettning av kärnan (den högsta önskade temperaturen torde vara 95˚F (35˚C).  Alla som har skakade bulkbin förstår hur snabbt en stor klunga bin kan överhettas. Bina i skalet “lossar upp” för att öka klungans värmeutstrålande yta, samt för att tillåta konvektivt “läckage” av varm luft från kärnan ut i toppen av klustret.
   Praktisk tillämpning: Sålunda expanderar eller drar klustret ihop sig (fig. 5) för att bringa sin värmeproduktionshastighet i jämvikt med sin värmeförlusthastighet, och bibehålla en temperatur i dess periferi precis tillräckligt varm för att bina i skalet ska undvika nedkylning, men ändå inte bli för varmt i kärnan [15]. Förmodligen klumpar bina i skalet tätare när de blir kalla, men det är ännu inte klart exakt vilka signaler som får dem att expandera utåt.
   

[i] Owens, CE (1971) Termologin för övervintrade honungsbikolonier. USDA Technical Bulletin 1429.  Owens bad om ursäkt för att han inte använde isotermer som tydligt angav platsen för det isolerande skalet. Jag lade till inringade isotermetiketter för tydlighetens skull.

Denna varma kärna erbjuder också kolonin ett annat alternativ – den kan nu föda upp yngel, om så är motiverat, genom att höja temperaturen på yngelboet till en noggrant reglerad 94–95˚F (34–35˚C). Stabentheiner [19], använde en värmekamera för att visa exakt hur en relativt liten andel (cirka 15 %) av bina i kärnan fungerar som “värmebin” [20] (Fig. 6), och genererar intensivt värme där det behövs; resten av bina njuter passivt av den varma barnkammaren. Av intresse är att några av dessa “värmebin” gör enstaka korta (mindre än 10 sekunder) razzior till ytan av det svala skalet, kanske för att övervaka utomhustemperaturen. Eller kanske för att få fukt i skalet med hög luftfuktighet. Omvänt kan bina i skalet behöva göra resor till kärnan för att avdunsta överflödigt vatten från sina tarmar (för att undvika dysenteri), eller för att låta deras kroppsenzymer komma ikapp metaboliska processer vid en optimal temperatur.

[i] Stabentheiner A, et al (2010) Termoreglering av honungsbikolonier – regleringsmekanismer och individers bidrag beroende på ålder, plats och termisk stress. PLoS ONE 5(1): e8967.
Värmen som genereras av bina i kärnan kan fångas så effektivt av binas isolerande skal på utsidan, att kärnans temperatur kan stiga till farliga nivåer [22]. Som svar trycker kanske de heta bina som är fångade inuti det isolerande skalet [23] sina huvuden mot de inåtvända skalbina, vilket både skulle överföra värme utåt, samt ge en signal till skalbina att lossa, vilket ökar ytan av klustret (för större värmeförlust), samt öppna upp övre passager i ramarnas mellanrum genom vilka varm luft kan strömma ut genom konvektionsströmmar.
Praktisk tillämpning: alla biodlare kan observera expansionen och sammandragningen av klustret som svar på temperaturen. Det är dock bäst att inte störa klustret om det inte har “brutits”, vilket vanligtvis inträffar vid omgivningstemperaturer över 50˚F (10˚C). Att störa ett stort, tätt kluster kan resultera i extrem stress för kolonin och ibland plötslig död.

Referenser och fotnoter