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StartseiteForschung aktuellOrientierungskünstler mit empfindlichem Kompass12.02.2018

BienenOrientierungskünstler mit empfindlichem Kompass

Bienen fliegen auf der Suche nach Futter weite Strecken und wechseln dabei oft die Richtung. Trotzdem gelingt es ihnen, auf direktem Weg zum Nest zurückzufinden. Schwedische Forscher haben nun den "zellulären Kompass" zu dieser Fähigkeit gefunden - und testen, welche Pestiziden ihn durcheinender bringen.

Von Christine Westerhaus

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Eine Biene fliegt mit Harz auf ihren Bienenstock zu (imago / J. Kottmann)
Biene im Anflug auf das Nest (imago / J. Kottmann)
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Stanley Heinze öffnet die Tür zum Elektrophysiologie-Labor an der Lund-Universität. Ein enger Raum mit winzigem Tisch, Bildschirm und einer kompliziert aussehenden Apparatur, die in einer Art Schrank steht.

"Das ist das Elektrophysiologie-Labor, in dem wir vom Bienenhirn ableiten."

Stanley Heinze, der aus Deutschland stammt, deutet auf die Versuchsarena: Eine Art Imax-Kino für Bienen, das aus einem gekrümmten Schirm besteht. Vor Versuchsbeginn spannen die Forscher das Tier in die Mitte des Schirms ein und spielen ihm über bunte Lampen und Polarisationsfilter eine Art Film vor. Dadurch bekommt die Biene das Gefühl, sich unter freiem Himmel zu bewegen.

"Also wir können ihr im Prinzip einen virtuellen Flug vortäuschen. Und das können wir auch sogar mal anmachen und dann können wir den Himmel sich drehen lassen."

Bienen merken sich Entfernung und Richtung 

Während die Forscher der Biene einen Flug in freier Wildbahn vorgaukeln, messen sie im verkabelten Gehirn des Tieres die Aktivität der Nervenzellen: die sogenannten Aktionspotenziale.

"Jetzt können wir uns auch mal eine Zelle anhören wie das klingt, wenn die Elektrode drin steckt, das sind jetzt die Aktionspotenziale."

Das leise Surren ist eine schnelle Abfolge von Aktionspotenzialen. Je höher die Frequenz, umso schneller feuern die Nervenzellen. Mithilfe dieser Ableitungen konnten Heinze und seine Kollegen nachweisen, dass es im Gehirn von Bienen Zellen gibt, die auf Bewegungen in eine bestimmte Richtung reagieren. Manche auf Rückwärtsbewegungen, andere auf Vorwärtsflug, wiederum andere auf Rotationsbewegungen. Dank dieser Richtungszellen kann sich die Biene offenbar merken, wie weit sie in welche Richtung geflogen ist.

Richtungsänderungen und Entfernungen werden verrechnet

Das haben Heinze und seine Kollegen zumindest bei Bienen aus dem Regenwald nachgewiesen. Gleichzeitig können die Tiere die Richtungsänderungen miteinander verrechnen und finden dann auf direktem Weg wieder nach Hause.

"Genau dafür haben wir uns interessiert: Wie ist der interne Kompass der Bienen aufgebaut? Und wie wird er kombiniert mit dem Geschwindigkeitssinn von den Bienen? Und das war bisher überhaupt nicht klar. Also obwohl 25 Jahre lang klar war, dass Bienen optischen Fluss benutzen und dass sie polarisiertes Licht benutzen, ist überhaupt nicht klar gewesen, wo im Gehirn und wie im Gehirn das unter Umständen miteinander verrechnet werden kann."

Als optischen Fluss bezeichnen Forscher die Fähigkeit vieler Tiere, anhand der Geschwindigkeit, in der Dinge an ihnen vorbeiziehen, ein Gefühl für die zurückgelegte Entfernung zu bekommen.

Pestizide beeinflussen das Orientierungsvermögen

Jetzt, wo klar ist, welche Zellen im Gehirn den Bienen als Kompass dienen, will Stanley Heinze untersuchen, ob bestimmte Chemikalien dieses System durcheinander bringen können: die sogenannten Neonicotionoide. Nicht nur bei Bienen, sondern auch bei anderen Bestäubern.

"Es ist gezeigt worden, dass Bienen, die bestimmten Pestiziden ausgesetzt worden sind, weniger geradlinig nach Hause fliegen können. Also diese Neonicotinoide beeinflussen das Orientierungsvermögen der Bienen im negativen Sinne. Und es heißt natürlich, dass es ein Selektionsnachteil ist. Das heißt, man verbraucht mehr Energie und man stirbt ein bisschen früher. Und das ist in der Gesamtsituation, die für die Bienen sowieso stressig ist, vielleicht der Faktor, der dann letztendlich dazu führt, dass sie sterben und dass die Stöcke kollabieren."

Versuche mit Hummeln

Um die Zusammenhänge zu erforschen, macht Stanley Heinze im Gewächshaus der Uni gemeinsam mit einer Kollegin Versuche mit Hummeln, die ebenfalls zur Familie der Bienen zählen. Eine Glastür führt zu einem Raum, der zur Hälfte mit Zeltvorhängen abgetrennt ist. 

"Hier im Zelt sind jetzt unsere Bienen", meint Anna Honkanen.

Wer hinter die Vorhänge will, muss zuerst einen weißen Ganzkörper-Schutzanzug überziehen. Erst dann geht es ins Innere des Zelts.

"So, jetzt sind wir im Hummelzelt. Und was wir hier sehen, sind zwei Tunnel. Einer ist zum Trainieren der Hummeln und der andere für das Experiment, das wir hier machen. Und hier am Ende des Tunnels haben wir das Hummelnest, aus dem die Tiere rausfliegen."

Die beiden Tunnel, die Anna Honkanen beschreibt, sind viereckige Gebilde aus Holz, die jeweils rund drei Meter lang sind. Die Forscher lassen die Hummeln hindurch fliegen um herauszufinden, ob sie sich den Weg nach Hause allein anhand der Entfernung merken können, die sie zurückgelegt haben. Im Tunnel gibt es nicht Auffälliges, an dem sich die Insekten orientieren könnten. Keine Bäume, Sträucher oder sonstige "landmarks", wie die Forscher es nennen. Um die Tiere zu motivieren, durch den Tunnel zu fliegen, werden sie mit Pollen und Zuckerwasser gefüttert.

"Sie klingen immer sehr fröhlich, wenn sie in den Blütenpollen  herumkrabbeln können."

Forscher untersuchen Einfluss von Chemikalien

Wenn die Hummeln auf dem Heimflug von der Futterquelle im Tunnel tatsächlich genau dort nach dem Ausgang suchen, wo sie exakt die gleiche Flugstrecke zurückgelegt haben, wie auf dem Hinflug, haben sie den Test bestanden. Doch die Hummel, die Anna Honkanen nun in den Tunnel schickt, schießt klar über das Ziel hinaus. Ein typischer Vorführeffekt.

"Also diese Hummel macht definitiv nicht das, was wir von ihr wollen. Sie ist keine Musterschülerin!"

Wenn Hummeln diesen Test bestehen, untersuchen die Neurobiologen anhand von Messungen im Gehirn, wie sich Chemikalien oder andere Störfaktoren auf ihre Orientierungsfähigkeit auswirken. Sollte sich herausstellen, dass bestimmte Pestizide die Orientierungszellen beeinträchtigen, wäre dies ein neues Argument, den Einsatz dieser Chemikalien in der Landwirtschaft zu verbieten.

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