Beitrag einzelner Honigbienen zur sozialen Thermoregulation

Forschungsprojekt P 13916Beitrag einzelner Honigbienen zur sozialen ThermoregulationAnton STABENTHEINER28.06.1999 Honigbienen zeichnen sich, trotz ihrer Kleinheit, durch die Fähigkeit aus, ihre Körpertemperatur bei Bedarf durch Aktivität der Flugmuskulatur auch über längere Zeiträume auf einem ähnlich hohe Niveau regulieren zu können wie Säugetiere oder Vögel. Sie nutzen diese Fähigkeit nicht nur, um gut fliegen zu können und beweglich zu sein, sondern auch, um ihrer Brut durch eine hohe Temperatur (34C) eine schnelle Entwicklung zu ermöglichen. Die Mechanismen, die die koordinierte Wärmeproduktion mehrer tausend Individuen zur Aufrechterhaltung eines konstanten Nestklimas ermöglichen, sind erst zu einem geringen Teil bekannt. Viele bisherige Untersuchungen konzentrierten sich vornehmlich auf die allgemeine Beschreibung des Mikroklimas in Bienenvölkern und den Einfluß variabler Umweltbedingungen darauf. Bekannt ist, daß vor allem die Bienen und nur zu einem sehr geringen Teil die Larven selbst für die Aufrechterhaltung der optimalen Brutnesttemperatur sorgen Eine große Wissenslücke besteht in der Frage, welche Bienen die benötigte Wärme produzieren. Im vorliegenden Projekt wird daher untersucht, welche Altersklassen für die Heiztätigkeit im Bienenvolk zuständig sind. Die Wärmeproduktion einzelner Honigbienen wird mit Hilfe der indirekten Kalorimetrie, durch Messung des O2- Verbrauchs bzw. der CO2-Produktion. Da Bienen aber dafür bekannt sind, daß sie ihre Urpertemperatur und damit ihre Wärmeproduktion drastisch und in unvorhersagbarer Weise ändern können, wenn sie vom sozialen Umfeld ihrer Kolonie in die Meßkammer eines O2/CO2-Meßsystems transferiert werden, wird ihre Wärmeproduktion folgendermallen bestimmt: Die Körpertemperatur wird im intakten sozialen Umfeld mit Hilfe einer Infrarot- Thermografiekamera - ohne Berührung - gemessen. Aus diesen Temperaturwerten wird zum erstenmal - die Wärmeproduktion mit Hilfe von Eichkurven berechnet, die durch simultane Messung von O2-Verbrauch (CO2- Produktion) und Körpertemperatur ermittelt werden. Die Bienen werden in einem klimatisierten Beobachtungsstock gehalten, von dem sie ungehindert ins Freie fliegen und ihrer Sammeltätigkeit nachgehen können. Die Körpertemperatur und die Wärmeproduktion der Bienen wird zwischen Normalbedingungen und Kältestreß und zwischen Tag (wo die Bienen sammeln) und Nacht (wo es im Volk ruhiger zugeht) verglichen und zur Art der Tätigkeit, dem Aufenthaltsort bzw. zur Art der betreuten Brut (Larven oder Puppen, Drohnenbrut oder Weiselzellen, Honig- oder Pollenzellen) in Beziehung gesetzt. Frisch geschlüpfte Bienen sind noch nicht in der Lage, mit Hilfe ihrer Flugmuskulatur aktiv Wärme zu erzeugen. Bei der Untersuchung des Beitrages verschiedener Altersklassen zur sozialen Wärmeproduktion ist es aber auch wichtig zu wissen, ab welchem Alter Bienen überhaupt in der Lage sind, einen wesentlichen Beitrag zur Wärmeproduktion im Bienenvolk zu leisten. Die Möglichkeiten der berührungslosen Infrarot-Thermografie und ihre Kombination mit Messungen des O2- Verbrauchs (bzw. CO2-Produktion) eröffnen dabei völlig neue Versuchsansätze, die der internationalen Wissenschaft wichtige "missing links" zum Verständnis der sozialen Thermoregulation bereitstellen werden.

Honigbienen haben, im Gegensatz zu anderen Insekten, die Fähigkeit zu intensiver (aktiver) Wärmeproduktion mit ihrer Flugmuskulatur, ohne dafür die Flügel bewegen zu müssen. Sie nützen diese Fähigkeit, um ihr Brutnest auf 34-36 C zu heizen. Wir untersuchten den Beitrag einzelner Honigbienen zur sozialen Thermoregulation. Im Besonderen untersuchten wir die Frage, ob es bei der aktiven (endogenen) Wärmeproduktion eine altersabhängige Arbeitsteilung gibt. Wir bestimmten die Körpertemperatur der Bienen mit Hilfe der berührungslosen Infrarot- Thermografie (Wärmebild-Verfahren), ohne ihre sozialen Interaktionen zu stören. Die Experimente zeigten, daß 2- 40 Tage alte Bienen sich in sehr ähnlichem Ausmaß an der aktiven Wärmeproduktion des Bienenvolkes beteiligen. Das heißt, daß es bei der aktiven Wärmeproduktion im Bienenvolk im Gegensatz zu vielen anderen sozialen Tätigkeiten keine altersabhängige Arbeitsteilung gibt. Nur Bienen, die jünger als 2 Tage sind, beteiligen sich weniger an der aktiven Wärmeproduktion, da sie ihre Flugmuskulatur nach dem Schlüpfen noch nicht für die Wärmeproduktion aktivieren können. Diese Fähigkeit ist erst mit dem Alter von 5-7 Tagen voll entwickelt. Will man die Wärmeproduktion einzelner Bienen während ihrer Tätigkeiten im sozialen Verband messen, sind direkte Meßverfahren wie z.B. der Transfer der Bienen in ein Atmungsmeßsystem nicht zielführend, da sich ihre Wärmeproduktion dann sehr drastisch (bis zum 500-fachen) und in unvorhersagbarer Weise verändern kann. Als zielführender erwies sich eine indirekte Vorgangsweise, indem wir die Atmung (aus der man die Wärmeproduktion bestimmen kann) und die Körpertemperatur in einem Atmungsmeßsystem gleichzeitig bestimmten. Über den Zusammenhang von Atmung und Körpertemperatur war es möglich, die Wärmeproduktion aus Messungen der Körpertemperatur auch beim ungestörten Verhalten im sozialen Verband zu schätzen. Viele Bienen eines Volkes beteiligen sich allerdings nicht an der aktiven Wärmeproduktion. Sie bleiben kühl. Ihr Beitrag zur Wärmeproduktion ist rein passiv und geringer als der von Bienen mit aktivierter Flugmuskulatur. Er ändert sich auch mit ihrer Position im Temperaturgradienten des Bienenvolkes. Dasselbe gilt für die Brut. Wir stellten fest, daß der Atmungsstoffwechsel der Bienenlarven mit der Temperatur viel stärker ansteigt als bei ruhigen, nicht aktiv Wärme produzierenden Bienen. Unsere Experimente lassen daher vermuten, daß die starke Temperaturabhängigkeit des larvalen Atmungsstoffwechsels es den Bienen ermöglicht, die Entwicklung ihrer Brut durch Temperaturerhöhung auf 34-36 C besonders stark zu beschleunigen. Andererseits zwingt sie diese Temperaturabhängigkeit, die Bruttemperatur innerhalb enger Grenzen zu regeln, um eine verzögerte Larvenentwicklung bei kaltem Wetter zu vermeiden.