Aggregation junger Honigbienen in einem Temperaturgradienten

Dieses Projekt untersucht das Aggregations-Verhalten junger Bienen in einem Temperaturgradienten. Jüngste Vorversuche in unserem Labor haben gezeigt, daß Honigbienen nicht nur (wie bisher vermutet) einem Temperaturgradienten bergauf folgen bis sie am optimalen Punkt angekommen sind. Bei flachen Gradienten scheinen die Bienen eine gänzlich andere Strategie zu verfolgen: Sie bilden vereinzelte Ansammlungen (Cluster), die mit der Zeit rund um das Optimums aggregieren. Dies geschieht durch ständiges Wechseln von Bienen von einem Cluster in den nächsten. Dieses Verhalten stellt somit eine kollektive Strategie in der Optimumsfindung dar. Ziel des Projektes ist es, durch verschiedene Versuche (Laborversuche, Beobachtungsstock-Versuche und Computersimulation) eine genaue Analyse dieses Prozesses zu liefern. Letztendlich werden wir aus dieser Verhaltensbeschreibung einen abstakten Algorithmus entwickeln, welcher den zugrundeliegenden Prozeß mathematisch beschreibt. Solche bioinspirierten, dezentralen Optimums-Findungs-Algorithmen sind von großer Bedeutung in verschiedenen technischen Disziplinen, z.B. der Schwarm-Robotik und auf dem Gebiet der mathematischen Optimierung (mittels sog. Schwarm Intelligenz). Dieses Aggregations-Verhalten junger Bienen ist von hoher Bedeutung für eine Bienenkolonie, da es die Navigation der Bienen im Brutnest erklärt. Im Brutnest besteht normalerweise ein flacher Temperaturgradient, während außerhalb des Brutnestes ein steiler Gradient vorherrscht. Die oben beschriebenen Verhaltensweisen gewährleisten den jungen Bienen ein rasches Auffinden des Brutnestes und ein ständiges Durchwandern des Brutnestes im Clusterverband. Einerseits ist es für junge Bienen wichtig, ständigen Kontakt zu anderen Bienen und zu Brut zu haben um sich vollständig entwickeln zu können. Anderseits ist es für die Kolonie wichtig, daß junge Bienen ständig das Brutnest durchwandern um als Putzbienen tätig zu sein. Das von uns entdeckte Verhalten gewährleistet beides. In den letzten Jahrzehnten haben sich einige mathematische Modelle mit der Thermoregulation von Bienen- Clustern beschäftigt und dabei Grundannahmen über das Navigationsverhalten von Bienen im Thermogradienten gemacht. Die von uns beschriebenen Verhaltensaspekte sind in diesen Studien nicht berücksichtigt. Folglich erwarten wir uns auch auf diesen Gebieten neue Erkenntnisse als Folge unserer Verhaltensbeschreibungen. Vergleichbare dezentrale Clustering-Strategien wurden in den letzten Jahren bei Ameisen und Termiten im Detail beschreiben. Von Honigbienen waren solche Verhalten bis dato unbekannt und es fehlen detaillierte Beschreibungen dieses Verhaltens. Die Ergebnisse des vorgelegten Projektes werden diese Lücke füllen und alle relevanten Verhaltensaspekte bei Honigbienen dokumentieren und analysieren.

Dieses Projekt untersucht das Aggregations-Verhalten junger Bienen in einem Temperaturgradienten. Jüngste Vorversuche in unserem Labor haben gezeigt, daß Honigbienen nicht nur (wie bisher vermutet) einem Temperaturgradienten bergauf folgen bis sie am optimalen Punkt angekommen sind. Bei flachen Gradienten scheinen die Bienen eine gänzlich andere Strategie zu verfolgen: Sie bilden vereinzelte Ansammlungen (Cluster), die mit der Zeit rund um das Optimums aggregieren. Dies geschieht durch ständiges Wechseln von Bienen von einem Cluster in den nächsten. Dieses Verhalten stellt somit eine kollektive Strategie in der Optimumsfindung dar. Ziel des Projektes ist es, durch verschiedene Versuche (Laborversuche, Beobachtungsstock-Versuche und Computersimulation) eine genaue Analyse dieses Prozesses zu liefern. Letztendlich werden wir aus dieser Verhaltensbeschreibung einen abstakten Algorithmus entwickeln, welcher den zugrundeliegenden Prozeß mathematisch beschreibt. Solche bioinspirierten, dezentralen Optimums-Findungs-Algorithmen sind von großer Bedeutung in verschiedenen technischen Disziplinen, z.B. der Schwarm-Robotik und auf dem Gebiet der mathematischen Optimierung (mittels sog. "Schwarm Intelligenz"). Dieses Aggregations-Verhalten junger Bienen ist von hoher Bedeutung für eine Bienenkolonie, da es die Navigation der Bienen im Brutnest erklärt. Im Brutnest besteht normalerweise ein flacher Temperaturgradient, während außerhalb des Brutnestes ein steiler Gradient vorherrscht. Die oben beschriebenen Verhaltensweisen gewährleisten den jungen Bienen ein rasches Auffinden des Brutnestes und ein ständiges "Durchwandern" des Brutnestes im Clusterverband. Einerseits ist es für junge Bienen wichtig, ständigen Kontakt zu anderen Bienen und zu Brut zu haben um sich vollständig entwickeln zu können. Anderseits ist es für die Kolonie wichtig, daß junge Bienen ständig das Brutnest durchwandern um als "Putzbienen" tätig zu sein. Das von uns entdeckte Verhalten gewährleistet beides. In den letzten Jahrzehnten haben sich einige mathematische Modelle mit der Thermoregulation von Bienen-Clustern beschäftigt und dabei Grundannahmen über das Navigationsverhalten von Bienen im Thermogradienten gemacht. Die von uns beschriebenen Verhaltensaspekte sind in diesen Studien nicht berücksichtigt. Folglich erwarten wir uns auch auf diesen Gebieten neue Erkenntnisse als Folge unserer Verhaltensbeschreibungen. Vergleichbare dezentrale Clustering-Strategien wurden in den letzten Jahren bei Ameisen und Termiten im Detail beschreiben. Von Honigbienen waren solche Verhalten bis dato unbekannt und es fehlen detaillierte Beschreibungen dieses Verhaltens. Die Ergebnisse des vorgelegten Projektes werden diese Lücke füllen und alle relevanten Verhaltensaspekte bei Honigbienen dokumentieren und analysieren.