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Cockpit der Bienen_Eric Ward

Ein Blick in das ”Cockpit” fliegender Bienen

Es gehört zu den erstaunlichen Leistungen der Honigbienen, dass sie nach kilometerweiten Ausflügen punktgenau zu ihrem Stock zurückkehren. Dafür müssen sie in der Lage sein, im Flug Entfernungen und Richtungen zu bestimmen um daraus, selbst nach weitausgreifenden Flugrouten, den kürzesten Heimweg zu bestimmen. Diese Art der Navigation nennt man Weg-Integration.

Jürgen Tautz
Bienenexperte und bee careful Kooperationspartner Prof. Dr. Tautz

Seit der Pionierarbeit von Esch und Burns (1996) und den nachfolgenden Arbeiten von Srinivasan, Esch, Tautz und anderen (2000, 2001, 2004) wissen wir, dass Bienen Flugentfernungen über den sogenannten optischen Fluss bestimmen, das heißt über die am Auge vorbeiziehenden Bilder der Umgebung. Zur Richtungsfindung dienen der Stand der Sonne und/oder das durch die Sonne erzeugte Polarisationsmuster am Himmel.
Auch von Ameisen ist bekannt, dass sie aus sich ständig ändernden Richtungen und Laufstrecken den kürzesten Heimweg herausfinden können (Wehner & Wehner 1986). Trotzdem verblüfft es, dass auch schnelle und weit fliegende Honigbienen dazu in der Lage sind.

Einem Forscherteam rund um den Biologen Stanley Heinze ist nun an der schwedischen Universität in Lund ein fantastischer Durchbruch gelungen (Stone et al. 2017). Arbeiten im Gehirn der tropischen Biene mit Namen Megalopta genalis haben ergeben, dass diese Insekten Nervenzellen besitzen, deren Aktivität sich mit der Richtung und der Geschwindigkeit des „Fluges“ ändert. Auf dieser Basis muss eine Biene in der Tat bestimmen können, wie weit sie in welche Richtung geflogen ist. Mit diesem Resultat ist die Tür zur Erforschung der Details der Wegintegration bei fliegenden Bienen aufgestoßen.

Cockpit der Bienen_Kleinhenz
“Täuschtunnel” mit dem gezeigt werden konnte, dass Honigbienen die zurückgelegte Entfernung anhand der im Flug gesehenen Bilder bestimmen (Abbildung M.Kleinhenz, HOBOS-Team.

Möglich wurde dieser Fortschritt durch eine Kombination aus einem höchst raffinierten Versuchsaufbau und der Möglichkeit, die elektrische Aktivität einzelner Nervenzellen im Gehirn der Bienen zu erfassen. Die Bienen wurden für den Versuch im Zentrum einer Apparatur festgehalten. Durch eine ausgeklügelte Optik wurde der Biene der Eindruck vermittelt, dass sie tatsächlich im Freien fliegt – virtuelle Realität in der Welt der Bienen.

Beobachtete man dabei nun einzelne Nervenzellen im Kopf der Bienen, zeigte sich, dass es Zellen gibt, die auf Änderungen der Flugrichtung und -entfernung ansprechen. Exakt danach würde man im Gehirn der Bienen suchen, um zu erklären, wie es Bienen schaffen, nach langen und weiten Ausflügen schnurgerade nach Hause zu finden.

Cockpit der Bienen_S. Heinze
Versuchsapparatur zum Studium einzelner Nervenzellen im Gehirn von Bienen. Die Nervenaktivität wird über feinste Sonden erfasst, die Schein-Bewegung wird den Bienen durch eine Vielzahl computergesteuerter LEDs vorgespielt (Foto S. Heinze).

Diese Entdeckung ist nicht nur für Grundlagenforscher interessant, sondern hat auch angesichts der Problematik rund um das Bienensterben eine hohe aktuelle praktische Bedeutung: So lässt sich nun in einem Versuch erforschen, welche Umweltgifte das Heimfindevermögen der Bienen stören oder gar zerstören.

Literatur:

Esch H, Burns JE: Distance estimation by foraging honeybees.
The Journal of Experimental Biology 199, 155–162 , 1996.

Srinivasan, M.V., S.W. Zhang, S.W., Altwein,M. and J. Tautz: Honeybee navigation: nature and calibration of the “odometer”.
Science 287, 851-853, 2000.

Esch,H., Zhang,S., Srinivasan, M. & J.Tautz: Honeybee dances communicate distance by optic flow.
Nature 411, 581-583, 2001.

Tautz, J., Zhang,S., Spaethe,J., Brockmann,A., Aung Si & M.Srinivasan: Honeybee odometry: performance in varying natural terrain.
PLOS 2, 0915-0923, 2004.

Stone T, Webb B, Adden A, Weddig NB, Honkanen A, Templin R, Wcislo W, Scimeca L, Warrant E, Heinze S: An Anatomically Constrained Model for Path Integration in the Bee Brain.
Curr Biol. 2017 Oct 23;27(20):3069-3085.e11. doi: 10.1016/j.cub.2017.08.052.

Wehner,R and Wehner,S: Path integration in desert ants.
Approaching a long-standing puzzle in insect navigation.
Monitore zool. ital. (N.S.) 20, 309-331, 1986.

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