Neue Studie zur komplexen Aufzucht von Bienenköniginnen

Wissenschaftler waren über Generationen hinweg davon überzeugt, dass die Königin von Honigbienen nahezu ausschließlich durch ihre Ernährung bestimmt wird: Spezielle Nahrung erzeugt ein besonderes Insekt. Man füttere dafür eine gewöhnliche Larve ausschließlich mit dem speziellen Futtersaft Gelée Royale und es entsteht eine Königin.

Aktuelle Forschungsergebnisse zeigen jedoch, dass die Entstehung einer Königin einem weitaus komplexeren Prozess folgt und eine Königin nicht allein durch ihre Ernährung entsteht, sondern durch eine gesamte Gesellschaft, die gemeinschaftlich an der Gestaltung ihrer Zukunft mitwirkt.

Spezialisierte junge Arbeiterinnen errichten besondere Aufzuchtkammern aus angepasstem Wachs, sorgen für höhere Temperaturen und stellen hingebungsvolle Pflegerinnen bereit – all diese Faktoren bestimmen mit, ob sich aus einer Larve eine Königin entwickelt.

Neue Studie legt Forschungsergebnisse offen

Die kürzlich im Fachjournal Nature publizierte Studie zeigt, dass die Wachskammern, in denen sich künftige Königinnen entwickeln – sogenannte Königinnenzellen – weit mehr als bloße Schutzhüllen darstellen. Vielmehr handelt es sich um gezielt konstruierte Entwicklungsumgebungen, die für das Heranwachsen gesunder Königinnen unverzichtbar sind. Das Forscherteam entdeckte dabei eine bislang unbekannte Gruppe junger Arbeiterinnen, die als „Königinnenzellenbauerinnen” bezeichnet werden und offenbar eigens für diese Aufgabe spezialisiert sind.

„Die alte Vorstellung war relativ einfach: Man nehme ein Ei, lege es in eine Königinnenzelle, füttere es mit Gelée Royale, und schon hat man eine Königin”, sagte Boris Baer, Entomologe und Direktor des Center for Integrative Bee Research (CIBER) an der University of California, Riverside, dessen Labor an der Arbeit mitgewirkt hat. „Wir haben herausgefunden, dass hinter diesem Prozess ein ganzer Mechanismus steckt. Er ist viel komplexer, als wir uns das vorgestellt hatten.”

Honigbienenköniginnen und Arbeiterinnen starten ihr Leben auf identische Weise: als nahezu gleiche, befruchtete Eier. Doch die Larven der Königinnen liegen in wesentlich größeren Zellen und werden anders gefüttert. Königinnen werden deshalb größer, entwickeln sich schneller und leben erheblich länger als ihre Arbeiterinnen-Schwestern. Als einzige fortpflanzungsfähige Weibchen der Kolonie tragen sie die alleinige Verantwortung für die Erzeugung der nächsten Bienengeneration.

Mehrere Faktoren spielen eine entscheidende Rolle

Gelée Royale – eine milchige, nährstoffreiche Substanz, mit der Arbeiterinnen junge Larven versorgen – galt in der Wissenschaft lange als der entscheidende Auslöser für diese bemerkenswerte Verwandlung. Die aktuelle Studie zeigt jedoch, dass die Ernährung nur einen Teilaspekt der Erklärung darstellt.

Durch den Einsatz von Wärmebildtechnik, Verhaltensbeobachtungen, materialwissenschaftlichen Analysen und chemischen Untersuchungen stellten die Forscher fest, dass sich Königinnenzellen erheblich von den typischen sechseckigen Kammern unterscheiden, in denen Arbeiterinnen heranwachsen.

Die erdnussförmigen Königinnenzellen bestehen aus speziellem Wachs mit besonderen physikalischen und chemischen Eigenschaften, das weniger dicht und flexibler ist und dadurch Wärme sowie Feuchtigkeit für die heranwachsenden Larven besser speichern kann. Darüber hinaus weist dieses Wachs eine veränderte Zusammensetzung an Fettsäuren und chemischen Signalstoffen auf, wodurch eine spezialisierte Entwicklungsumgebung geschaffen wird, wie die Forscher berichten.

Um zu überprüfen, ob die Aufzuchtstätte selbst einen Einfluss hat, ließen die Forscher heranwachsende Königinnen in Zellen aus entweder Königinnenwachs oder herkömmlichem Arbeiterinnenwachs aufziehen. Larven, die in Arbeiterinnenwachs heranwuchsen, wiesen eine höhere Sterblichkeit auf und entwickelten sich zu kleineren Königinnen – selbst bei identischer Fütterung. Dies belegt, dass die Umgebung einen entscheidenden Einfluss auf die Entwicklung ausübt.

Die Studie enthüllte zudem die Arbeiterinnen, die für diesen Prozess verantwortlich sind. Sogenannte Königinnenzellenbauerinnen, die in der Regel jünger als andere Bienen im Stock sind, halten eine erhöhte Körpertemperatur aufrecht und zeigen eine veränderte Physiologie, während sie sich den künftigen Königinnen widmen. Die zusätzliche Wärme scheint die Entwicklung und das Heranwachsen der Larven zu beschleunigen: Königinnen reifen in rund sechzehn Tagen heran, während Arbeiterinnen etwa einundzwanzig Tage benötigen – ein wesentlicher Vorteil, wenn eine Kolonie dringend eine neue Herrscherin braucht.

Spezielle Bedingungen für neue Königinnen

Statt wie üblich vorhandenes Wachs einfach wiederzuverwenden, sammeln, modifizieren und reichern die Bienen Baumaterialien für die Königinnenkammern aktiv an. Sie aktivieren dabei verschiedene biologische Prozesse im Zusammenhang mit der Wachsproduktion und verändern im Grunde ihre eigene Körperphysiologie, während sie sich der Pflege künftiger Königinnen widmen.

Die Forscher konnten sogar nachverfolgen, wie die Bienen Material aus anderen Bereichen des Stocks umfunktionierten. Indem sie Spuren von Graphit in gewöhnliche Waben einbrachten, konnte das Team nachweisen, dass dunkleres Wachs schließlich in den Königinnenzellen auftauchte – ein klarer Beleg dafür, dass die Arbeiterinnen gezielt Material sammelten und für den königlichen Gebrauch umwandelten. Dieser Vorgang, so Baer, gleiche eher einem königlichen Hofstaat als einer schlichten Insektenkinderstube. Die Bienen unternähmen eine streng koordinierte Anstrengung, um die nächste Herrscherin des Bienenvolkes hervorzubringen.

„Man kann sich das in etwa wie den Buckingham-Palast vorstellen”, sagte er. „Es gibt eine spezielle Gruppe von Bienen, die sich ganz auf die Aufzucht der Königin konzentriert, und wenn sie dabei Fehler machen, kann sich das Bienenvolk nicht fortpflanzen.”

Das gleiche Muster fanden die Forscher sowohl bei asiatischen als auch bei europäischen Honigbienenarten, was darauf schließen lässt, dass diese Strategie tief in der Evolutionsgeschichte der Honigbienen verankert sein dürfte.

An der Arbeit wirkten Forscher mit Expertise aus Bereichen wie Verhaltensforschung, Physiologie, Materialwissenschaften, Chemie und Genomik mit. Geleitet wurde die Studie von zwei ehemaligen Postdoktoranden der UCR, Yu Fang und Yahya Al Naggar. „Durch seinen kooperativen Charakter spiegelt dieses Projekt die übergeordnete CIBER-Philosophie wider, verschiedene Disziplinen zusammenzubringen, um komplexe biologische Fragen anzugehen”, sagte Baer.

Über Honigbienen hinaus könnten die Erkenntnisse das Verständnis von Wissenschaftlern hinsichtlich Entwicklungsprozessen grundlegend erweitern – insbesondere in der Frage, wie Umgebung, soziale Strukturen und gestaltete Lebensräume die Biologie beeinflussen. „Diese Arbeit verdeutlicht, wie komplex Insektengesellschaften tatsächlich sind”, sagte Baer. „Honigbienenvölker sind nicht einfach nur Ansammlungen von Individuen. Sie funktionieren als integrierte biologische Systeme, die in der Lage sind, ihre eigene Umgebung zu gestalten.”

Veröffentlicht in der Fachzeitschrift: Nature, Quelle