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Verhaltensbiologie: Genregulierte Klimaanlagen

Mal ist es zu heiß, dann wieder zu kalt - Temperaturschwankungen gehen an die Substanz, machen müde und vermindern die Leistungsfähigkeit. Eine Schwäche, die sich fleißige Bienen nicht leisten: Ihr Arbeitsplatz ist stets wohltemperiert: Eine lebendige, fein regulierte Klimaanlage macht's möglich.
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Sie arbeiten sich krumm und leben im Normalfall nur etwa einen Monat. Doch ohne die Arbeiterinnen geht nichts im Bienenstaat. Je nach Alter variieren dabei ihre Aufgaben: Sie putzen, setzen die Wohnung in Stand, versorgen den Nachwuchs, gehen auf Nahrungssuche und verteidigen das Nest gegen eventuelle Eindringlinge.

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Arbeiterinnen im Bienenstaat | Die Arbeiterinnen in einem Bienenstaat sorgen immer für eine optimale Temperatur im Bienenstock, indem sie Luft fächeln oder Wasser holen.
Ganz nebenbei kümmern sie sich auch noch um das Betriebsklima: Unterschreitet die Nesttemperatur die optimalen 35 Grad Celsius um mehr als vier Grad, rücken die Insekten zusammen und erzeugen mit ihren Muskelbewegungen die fehlende Wärme – ist sie es doch, die darüber entscheidet, ob sich Intelligenz und Navigationsfähigkeiten beim Nachwuchs einwandfrei entwickeln. Wenn es einmal zu warm wird, ist Fächern angesagt oder ein bisschen Feuchtigkeit – Maßnahmen, die leicht zur Auskühlung führen könnten. Wie also vermeiden die Tiere ein ständiges Wechselbad der Temperaturen?

Julia Jones von der Universität von Australien in Sydney und ihre Kollegen begaben sich auf die Suche nach dem Thermostat im Bienenstaat. Acht Bienenvölker dienten als Forschungsobjekte. Mittels Insemination sorgten die Wissenschaftler dafür, dass vier davon genetisch einfach gestrickt waren: Sie wurden mit dem Samen von jeweils nur einer einzigen Drohne gezeugt. Die anderen vier waren natürliche Bienenvölker, und dementsprechend hatte auch mehr als nur ein Männchen bei ihrer Entstehung mitgemischt – in der Zahl der Arbeiterinnen und der Menge der zu versorgenden Brut stimmten die acht Staaten allerdings überein.

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Wabe mit Temperatursensor | Die Wissenschaftler platzierten Temperatursensoren im Inneren der Waben, um die Temperaturkurven zu verfolgen.
Im August und im September 2003 wurden die Testvölker dann jeweils eine Woche lang der spätwinterlichen Umgebungstemperatur ausgesetzt. Spezielle Thermometer gaben alle fünf Minuten Auskunft über die Temperatur an der Oberfläche der Waben. In einem zweiten Experiment platzierten die Forscher Paare aus genetisch einförmigen und genetisch vielfältigen Bienenvölkern in voneinander abgeschirmten Räumen. Nach etwa einer Woche schraubten sie die Raumtemperatur jeweils für etwa eine Stunde auf 40 Grad Celsius hoch. Mittels Temperaturmessungen – diesmal im Inneren des Baus – prüften die Wissenschaftler, inwieweit es den Bienen gelang, die Temperatur wieder auf die optimalen 35 Grad herunterzufächern. Schließlich richteten Julia Jones und ihre Kollegen ihr Augenmerk auf einzelne Individuen, sammelten fächernde Bienen am Eingang ihrer Waben ein und untersuchten ihr Genmaterial, während sie die Temperatur schrittweise erhöhten.

Die Bienenvölker spalteten sich in zwei deutliche Lager auf: in das "genetisch einförmige" und in das "genetisch vielfältige". Den Bienen aus den künstlich geschaffenen Staaten gelang es sowohl im ersten als auch im zweiten Versuch wesentlich schlechter, für ausgeglichene Temperaturen zu sorgen – im Lager der "normalen" Verwandten waren die Schwankungen dagegen ziemlich gering. Verblüffend war: Bei verschiedenen Temperaturverhältnissen wurden hier jeweils Bienen unterschiedlicher genetischer Ausstattung aktiv – keineswegs gingen alle zur selben Zeit an die Arbeit.

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Bienen mit Temperatursensor | Welche Aktion eine Biene startet, um ungünstigen Temperaturen entgegenzuwirken, hängt von ihrem Erbgut ab. Die Vielfalt im Bienenstaat, die durch mehrere Drohnen entsteht, sorgt dafür, dass für jede Aufgabe eine entsprechende Biene da ist – Staaten mit einheitlicher Genausstattung können die Temperatur schlechter regulieren.
Jede Biene trägt möglicherweise ihren individuellen Thermostat in ihrem Genmaterial mit sich herum, das darüber entscheidet, welcher Wärmezustand des Nestes sie zum Fächern anregt. Von Biene zu Biene scheinen verschiedene Temperaturen unterschiedliche Aufgaben zu kodieren. Fühlt sich die eine etwa bei 36 Grad Celsius dazu aufgefordert, Wasser zu holen, wird eine andere dazu gereizt, mit Flügelbewegungen für Abkühlung zu sorgen – eine perfekte Arbeitsteilung, die gewährleistet, dass die Nesttemperatur in kleinen Schritten immer wieder dem Optimalwert von 35 Grad Celsius angenähert wird, anstatt sich sprunghaft zu ändern.

Der Thermostat im Bienenstaat ist offenbar "genreguliert" – genetische Vielfalt sorgt für ein ausgeglichenes Brutklima. Allerdings halten die Wissenschaftler dieses Phänomen eher für einen positiven Nebeneffekt. Der ursprüngliche Sinn der Mehrfachpaarung von Bienenköniginnen mit verschiedenen Drohnen liegt ihrer Meinung darin, genetische Defekte und Krankheiten zu minimieren.
25.06.2004

Dieser Artikel ist enthalten in Spektrum - Die Woche, 25.06.2004

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