Der Bienentanz des Hungers

21. Juli 2006, 17:07
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Ohne soziale Kontrolle von oben organisieren sich Bienen zu einer harmonisch funktionierenden Gesellschaft

    Selbst die Verteilung der Arbeit wird dem jeweiligen Bedarf angepasst. Wie, das fanden nun Grazer Forscher heraus. Der Schlüssel liegt im Tanz.

Graz - Staaten bildende Insekten geben einem zu denken: Wie kommt es, dass etwa Bienen- oder Ameisenvölker, deren einzelne Angehörige über eine sehr beschränkte geistige Kapazität verfügen, als Ganzes durchaus imstande sind, verschiedene Probleme ohne "Kochrezept" zu lösen, und damit alle Anzeichen intelligenten Verhaltens aufweisen? Werden die Aktivitäten in einem Insektenstaat zentral dirigiert - und wenn nicht, wieso laufen sie so geordnet ab?

Bienenkolonien können bis zu 25.000 und mehr Mitglieder haben, die sich zu einer so effizienten Einheit organisieren, dass man getrost von einem Super-Organismus sprechen kann. Die Königin spielt dabei fast ausschließlich die Rolle einer Eierlege-Maschine. Ihre "Untertanen" regeln so gut wie alle Angelegenheiten völlig ohne zentrale Kontrolle. Wie sie das machen, untersuchen die beiden Biologen Karl Crailsheim und Thomas Schmickl mit ihren Mitarbeitern am Institut für Zoologie der Universität Graz mit finanzieller Unterstützung des Wissenschaftsfonds.

Bienen durchlaufen in ihrem Leben verschiedene Stadien, in denen sie für jeweils spezifische Arbeiten zuständig sind: In den ersten Lebenstagen als Erwachsene putzen sie Zellen im Brutnest, dann werden sie "Ammenbienen", die die Brut füttern, wärmen und kontrollieren.

Danach verarbeiten sie Nektar zu Honig, befördern tote Bienen aus dem Stock oder bauen neue Waben. Den Rest ihres Erwachsenenlebens, das insgesamt nur 2 bis 4 Wochen dauert, sind sie als "Sammelbienen" unterwegs und tragen Pollen, Nektar oder Wasser in den Stock. Wann die Insekten welche Tätigkeit aufnehmen, wird nicht nur von ihrem Alter, sondern auch vom jeweiligen Bedarf bestimmt.

Crailsheim und seine Mitarbeiter fügten einem Bienenstock zusätzliche Brut hinzu bzw. entfernten einen Teil der Brutpflege-Bienen. Der Effekt stellte sich binnen Kürze ein: Nicht nur arbeiteten die Ammenbienen mehr, es fingen auch mehr Bienen an, Brutpflegetätigkeiten zu verrichten.

Auch ob Nektar oder Pollen gesammelt wird, hängt davon ab, wie es im Stock aussieht: Mit dem eiweißreichen Pollen füttern die Ammenbienen die Brut, aber auch hungrige Sammelbienen. Der zuckerhältige Nektar hingegen ist der Ausgangsstoff für Honig, mit dem die Kolonie den Winter bzw. Schlechtwetter-Phasen überdauert. Da das Volk große Honigreserven braucht, wird so viel Nektar gesammelt wie möglich. Hat ein Stock jedoch viel Brut zu versorgen, sammeln die Bienen vermehrt Pollen. Woher aber weiß eine Biene, was der Stock braucht?

Dabei wirken mehrere Informationen zusammen: Tausende Ammenbienen inspizieren immer wieder tausende Brutzellen und bekommen dadurch einen gewissen Überblick über den Hungerzustand der Larven, der sich ihnen über Duftstoffe mitteilt. Außerdem bleibt bei geringen Pollenreserven für die Fütterung der Sammelbienen nur wenig über. Die Zahl der erfolglos angebettelten Ammenbienen kann den Sammlerinnen daher Aufschluss über den Ernährungszustand der Kolonie geben. In der Folge beginnen mehr Sammelbienen nach Pollen zu suchen.

Alle Außenbienen, die nicht für das Sammeln von Pollen gebraucht werden, sammeln Nektar. Dabei verproviantieren sich die Tiere für jeden Flug mit einer gewissen Menge Nektar oder Honig, denn das Sammeln ist eine Tätigkeit mit hohem Energieverbrauch. Dementsprechend ist es wichtig, möglichst ergiebige Futterquellen zu nutzen und weit entfernt liegende oder solche mit schlechtem Nektar (also mit niedriger Zuckerkonzentration) nur dann anzufliegen, wenn sich nichts Besseres bietet.

Viel Tanz, viel Nahrung

Auch hier leistet das Bienenvolk Erstaunliches: In Experimenten, in denen sich eine Kolonie zwischen zwei unterschiedlich ergiebigen Futterquellen entscheiden musste, wählte sie binnen einer halben Stunde die jeweils bessere - auch, wenn die Qualität der Futterquellen alle vier Stunden wechselte. In Computersimulationen, bei denen Thomas Schmickl von einem Bienenvolk mit rund 1000 Arbeiterinnen ausging, zeigten die virtuellen Bienen dieselbe rasche Anpassungsfähigkeit an solcherart wechselnde Umweltbedingungen.

Der Schlüssel zur Flexibilität des Bienen-Verhaltens bei der Wahl der Futterquelle liegt in den Bienentänzen: Jede Sammlerin beurteilt die Qualität "ihrer" Futterquelle ausschließlich danach, wie viel Energie (in Form von Zucker) der Flug gebracht hat. Je besser die Ausbeute, desto mehr Umläufe auf der Wabe macht sie. Andere Bienen schließen sich den Tänzerinnen an und fliegen schließlich zu der von der Vortänzerin "empfohlenen" Futterquelle.

Erstaunlicherweise stellen die Bienen nicht etwa Vergleiche zwischen den vielen tanzenden Sammlerinnen an, sondern schließen sich zufällig einer an. Nichtsdestoweniger ist bald der größte Teil der Bienen zur besten Nektarquelle unterwegs, und zwar auf Basis eines ganz simplen Prinzips: Je besser eine Futterquelle ist, desto länger wird sie "betanzt" und desto mehr Sammlerinnen zieht sie auf diese Weise an, die ihrerseits beim Zurückkommen wieder dieselbe Quelle "empfehlen".

Zufallsprinzip

Das auf diese Weise anfangs entstehende quasi-exponentielle Wachstum an Tänzerinnen sorgt für die rasche Entscheidung für die bessere Nektarquelle. Verschlechtert sich eine Quelle, "vergessen" die Bienen sie und schließen sich am Tanzboden einer anderen Sammlerin an - damit sind die Entscheidungen des Stockes reversibel und erlauben eine rasche Anpassung an sich ändernde Bedingungen.

Allerdings schwänzeln nicht alle Bienen für dieselbe Qualität der Futterquelle gleich intensiv. Offenbar aufgrund genetischer Unterschiede tanzen manche Bienen für unterschiedlich ergiebige Quellen ähnlich lange. Wie eine Computersimulation von Ronald Thenius zeigte, ist das jedoch keineswegs von Nachteil für den Stock: Simulationsvölker, bei denen jede Sammlerin gewissenhaft die Qualität der Nektarquelle zu vermitteln versucht, erreichen einen geringeren Honig-Ertrag als solche, in denen diesbezüglich eine gewisse Heterogenität herrscht. Den Grund erklärt der Zoologe damit, dass die "gewissenhaften" Bienen länger tanzen als nötig - und diese Zeit fehlt ihnen beim Sammeln des Nektars.

Zusätzlich arbeiten Karl Crailsheim und Thomas Schmickl daran, die Erkenntnisse über die Selbstorganisation bei den Bienen in die Robotik zu übertragen. Das Ziel ist, einfache Mini-Roboter so zu konstruieren, dass sie sich als "Schwarm" ohne zentrale Kommunikationseinheit intelligent verhalten. (Susanne Strnadl, DER STANDARD, Print-Ausgabe, 14.7.2006)

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    Ob eine Biene Pollen oder Nektar sammelt, entscheidet die Vorratsmenge im Stock. Die verrät ihr der Hunger.

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