Bienenzucht im Peltier-Kühlbrutschrank

Die Würzburger BEEgroup unter Leitung des weltweit renommierten Biologen Jürgen Tautz betreibt Grundlagenforschung zur Bienengesundheit.

Sein Mentor, Martin Lindauer, der zusammen mit dem Nobelpreisträger und Verhaltensforscher Karl von Frisch die Riege der bedeutenden Bienenforscher anführt, hatte ihm eines Tages einen Bienenstock vor die Haustür gestellt. Er muss Jürgen Tautz gut gekannt haben, denn das Geschenk zeigte den gewünschten Erfolg. Von der Neurobiologie wechselte der Beschenkte sein Hauptforschungsgebiet zur Zoologie und zu diesen wundersamen Insekten, deren Geheimnisse bis heute die Menschen faszinieren. Der Professor für Biologie gehört mittlerweile zu den weltweit führenden Bienenforschern. AtmoSAFE hat ihn und die Studenten der BEEgroup in ihrem idyllischen Refugium am Rande des Würzburger Universitätsgeländes besucht.

Bild: Professor Jürgen Tautz mit Mitarbeiter Hartmut Vierle im Labor im Hintergrund: ein Memmert Kühlbrutschrank mit Peltier-Technolgie

Der Bienenvater Professor Jürgen Tautz mit Mitarbeiter Hartmut Vierle im Labor

 

 

Sorgenkind der Zoologie:
Die Honigbiene ist krank

Akazien, Wildblüten, Klee, Lindenblüten, Buchweizen, Heide, Raps, Tannen, Löwenzahn, Kirsch, Zitrone, Apfel. Aus der Liste der Früchte und Blüten, die die Grundlage für die verschiedenen Honigsorten bilden, lässt sich ablesen, wie wichtig die Honigbiene für den Erhalt unserer Biosphäre ist. Etwa 80% der heimischen Kulturpflanzen sind auf die Bestäubung durch Bienen angewiesen, um sich zu vermehren und insbesondere um gute Erträge zu bringen. Dies gilt für Obst und Beeren ebenso wie für Ölpflanzen wie Sonnenblume oder Raps (in erster Linie windbestäubt), und viele Gemüsesorten. Unsere Versorgung mit Vitaminen, Pflanzenölen, Ballaststoffen, Spurenelementen und Mineralstoffen wäre ohne das in unseren Breiten drittwichtigste Haustier nach dem Rind und dem Schwein nicht mehr gesichert.

Gesundheitsforschung
ein wesentlicher Bereich der Biologie

Was also bedroht dieses kleine Insekt, das seit Jahrtausenden in Symbiose mit dem Menschen lebt? Neben Umweltgiften, die zur Schädlingsbekämpfung in der Landwirtschaft eingesetzt werden, liegen die Gefahren in der Verarmung unserer Landschaften, in den landwirtschaftlichen Monokulturen sowie den Risiken einer einseitigen Züchtung dieser ungemein wichtigen Nutztiere. Die Honigbienen sind nicht mehr so robust wie ihre wild lebenden Verwandten, weniger anpassungsfähig und anfälliger für Krankheiten. Die BEEgroup an der Universität Würzburg widmet einen wesentlichen Teil ihrer Arbeit der Grundlagenforschung und speziell der Gesundheitsforschung. Viele Bienen, die an diesen Projekten teilnehmen, beginnen ihr Leben in einem Memmert Peltier-Kühlbrutschrank IPP. Vier dieser Geräte stehen in der Bienenstation.

Reproduzierbare Bedingungen im Labor: Nachbau des sozialen Uterus im Kühlbrutschrank

Im Bienenstock werden die Puppen in einem komplexen sozialen System gehegt und gefüttert bis sie endlich als junge Bienen die ihnen zugedachten Arbeiten übernehmen. Um valide Forschungsergebnisse zu erzielen, müssen die Tiere, die in der Gesundheitsforschung ihren Einsatz finden, unter konstanten Bedingungen und vor allem ohne mit anderen Bienen in Kontakt zu kommen, im Labor in vitro in einer sterilen Umgebung herangezüchtet werden. Drei Jahre dauerte es, bis die Forscher der BEEgroup ein Konzept für die Nachbildung des sozialen Uterus, in dem die Bienenpuppen heranwachsen, entwickelt hatten. Die Nahrung stellte das größte Problem dar. Nach endlosen Versuchsreihen war endlich das spezielle Design Food gefunden, das die natürliche "Schwesternmilch" ersetzen konnte. Wie Säugetiere ernähren die Bienen ihre Brut aus speziellen Drüsen.

Wunderbare Temperiertechnik der Natur

Dass die Bienen ihre Nester mittels ihrer eigenen Körperwärme klimatisieren, weiß man schon seit langer Zeit. Über eine Vielzahl an Studien konnten die Würzburger diese Erkenntnis in den vergangenen Jahren konkretisieren. Zwischen 33 °C und 36 °C schwanken die Temperaturen, ab 38 °C und unter 28 °C sterben die Larven, oder weisen schwere Entwicklungsfehler auf. Relativ neu ist auch die Erkenntnis, dass Bienen von ihren Schwestern kontrolliert „gebacken“ werden können. Die Aufzuchttemperatur hat Auswirkungen auf die Lernfähigkeit, die Kommunikationsfähigkeit, die Lebenszeit, aber auch die Fitness der Bienen. Bis auf 0,1 °C genau können die Bienen die Temperatur im Nest, bzw. in den einzelnen Brutzellen regeln – eine unglaublich präzise Meisterleistung in der Temperiertechnik. Jede Honigbiene kann ihre Körpertemperatur auf bis zu 44 °C aufheizen und dadurch das Nest klimatisieren, auch wenn es im Bienenstock selbstverständlich Spezialistinnen für diese Aufgabe gibt. Jürgen Tautz benutzt für dieses physiologische Phänomen gerne ein eingängiges Bild. Die Biene kuppelt ihre Flügel aus und gibt sozusagen Vollgas, in dem sie ihre Flugmuskulatur schnell, aber nach außen hin unmerklich bewegt. Aufgrund ihrer speziellen Anatomie bleibt das Hinterteil kühl und die Wärme breitet sich nur im Brustbereich, mit dem die Brutzellen beheizt werden, aus.

Bild: Wärmebild einer Heizerbiene. Im Memmert Kühlbrutschrank wird das Klima im Bienenstock nachgebildet

Wunderwelt Zoologie: Aufnahme einer Heizerbiene

 

 

Grundlagenforschung: Fitnesstest im Kühlbrutschrank IPP klärt Krankheitsursachen

Werfen wir einen Blick auf einen der zahlreichen Versuche zur Grundlagenforschung, mit denen Erkenntnisse über die evolutionären Abwehrmechanismen der Bienen gegenüber Parasiten und anderen Krankheitserregern gewonnen werden. Die Aufzucht der Testbienen erfolgt im Kühlbrutschrank unter verschiedenen, exakt definierten Bedingungen. Futter, Aufzuchttemperatur, aber auch gezielt gesetzte Infektionen mit Bakterien, Pilzen oder Viren sind die wichtigsten veränderbaren Parameter. Um die unterschiedlichen Auswirkungen zu erforschen, werden die Tiere im Memmert Kühlbrutschrank IPP, der mit extrem laufruhigen Peltier-Elementen gekühlt und geheizt wird, einem Fitnesstest unterzogen. Die Vorteile der bedienerfreundlichen Rampenprogrammierung des IPP kommen hier voll zum Tragen. „Wir verlieren keine Zeit durch Programmierung oder Dokumentation unserer Temperaturkurven. Ein weiterer wichtiger Aspekt bei der Auswahl unserer Memmert-Geräte war darüber hinaus die präzise Temperaturregelung. Wenn schon die Temperaturfühler, spezielle Sinneszellen in den Antennen, unserer Bienen mit einer Genauigkeit von 0,02 °C messen und die Heizerbienen die Nestwärme bis auf 0,1 °C regeln, dann muss unser der Natur nachempfundener Uterus da natürlich mithalten können“, erläutert Professor Tautz. „Die Temperiertechnik mit Peltier-Elementen hat darüber hinaus für unsere Bienen noch einen weiteren, entscheidenden Vorteil“, ergänzt Hartmut Vierle. „Sie werden nicht durch die Erschütterungen eines Kompressors gestört.“

Unter Laborbedingungen wird die Gesundheit der Bienen im Kühlbrutschrank untersucht.

Jede mit einem Chip versehene Biene der BEEgroup beginnt ihr Leben in einem Memmert Peltier-Kühlbrutschrank IPP

 

Beurteilung der Bienengesundheit
anhand der Heizleistung

Die Tiere werden über einen Zeitraum von mehreren Stunden immer wieder Temperaturwechseln ausgesetzt, um die Heizleistung anzukurbeln. Die Heizleistung der Bienen gehört zu den am zuverlässigsten auszulösenden Reaktionen der Bienen und dient daher als entscheidendes Kriterium, um Gesundheit und Fitness beurteilen zu können. Jürgen Tautz, seine Mitarbeiter und Studenten im Labor staunen immer wieder über die nun bereits 30 Millionen Jahre andauernde evolutionäre Meisterleistung der Bienenvölker, sich in einem komplexen Zusammenspiel von Verhaltensänderungen, angeborener Immunabwehr, Hygienemaßnahmen und gezielter Klimatisierung des Nestes den immer neuen, in der Moderne vor allem durch den Menschen verursachten Gefahren zu stellen. Gerade letzteres gibt allerdings Grund zur Sorge. Die BEEgroup in Würzburg wird nicht müde, für ihre Schützlinge ein Ohr in der Öffentlichkeit zu finden. Denn nicht zuletzt sind die Schönheit unseres Planeten und die Existenz des Menschen eng mit diesen wunderbaren Tieren verbunden.

Homepage der BEEgroup: www.beegroup.de

Bildnachweis: ©BEEgroup

Temperaturkurven eines im Peltier-Kühlbrutschrank durchgeführten Fitnesstests der Bienen.

Temperaturkurven des Fitnesstests im Kühlbrutschrank