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Umwelt+Natur

Bienen schätzen Wahrscheinlichkeiten ein

Honigbiene
Honigbiene an einer Blüte. (Bild: anrivona/ iStock)

Honigbienen sammeln ihr Futter aus verschiedenen Blütenarten, die jeweils unterschiedlich viel Nektar enthalten. Auch die Qualität des Nektars und die Wahrscheinlichkeit, überhaupt fündig zu werden, variiert von Blütenart zu Blütenart. Doch Bienen sind sehr effektiv darin, die Blüten so auszuwählen, dass sie ihre Ausbeute maximieren. Unklar war aber bisher, wie sie diese komplexe Aufgabe mit vielfältigen Wahlmöglichkeiten meistern. Nun haben Forscher herausgefunden, dass die schlauen Insekten dabei eine erstaunlich simple Taktik nutzen.

Obwohl Honigbienen nur ein winziges Gehirn haben, weisen sie außergewöhnliche kognitive Fähigkeiten auf: Sie leben in komplexen Sozialstrukturen, verständigen sich auf ausgefeilte Weise und sind enorm lernfähig. Früheren Studien zufolge sind sie sogar in der Lage, Zahlen zu unterscheiden und Rechenaufgaben zu lösen. Auch die Aufgabe, sich bei der Futtersuche für die vielversprechendsten Blüten zu entscheiden, ist eine nicht zu unterschätzende Herausforderung. Wie die Bienen damit umgehen, haben nun Forscher um HaDi MaBouDi von der University of Sheffield untersucht.

Farbige Scheiben mit Belohnung

Dazu präsentierten sie Bienen bunte Scheiben in fünf verschiedenen Farben. Je nach Farbe enthielten die Scheiben unterschiedlich häufig einen Tropfen Zuckerwasser als Belohnung oder einen Tropfen einer bitteren Flüssigkeit, die für die futtersuchenden Bienen unangenehm ist. Die Forscher gaben den Bienen in einer Trainingsphase nun die Gelegenheit, die Belohnungswahrscheinlichkeiten der jeweiligen Farben kennenzulernen. Dazu ließen sie sie jeweils zwei Farben mit unterschiedlicher Erfolgsquote gleichzeitig erkunden. Wie würden die Bienen vorgehen? Eine Möglichkeit wäre, ausschließlich die Farbe mit der höchsten Erfolgswahrscheinlichkeit zu wählen. Dafür müssten die Bienen die Farben auf Basis ihrer Erfahrungen vergleichen und in eine Rangfolge bringen. Die andere Möglichkeit wäre, die vielversprechendste Farbe zwar am häufigsten zu wählen, aber auch andere Farben weiterhin anzufliegen. In diesem Fall bräuchten die Bienen die verschiedenen Farben nicht miteinander zu vergleichen, sondern müssten sich für jede Farbe die Erfolgswahrscheinlichkeit merken.

Tatsächlich zeigen die Ergebnisse von MaBouDi und seinen Kollegen, dass Bienen die zweite Strategie verfolgen. Das galt sowohl für Farbkombinationen, die die Insekten bereits aus dem Training kannten, als auch für Farben, die die Bienen im Training nur in Kombination mit anderen Farben, nicht aber miteinander erlebt hatten. Die Forscher schließen daraus, dass die Bienen kein mentales Ranking der Farben erstellen, sondern lediglich auf Grund der Wahrscheinlichkeit für jede einzelne Farbe bewerten, wie hoch die Chance auf eine Belohnung ist. Diese Strategie gilt als kognitiv weniger aufwendig. Je nach Kontext kann sie jedoch bessere Ergebnisse liefern.

Sind die Wahrscheinlichkeiten von vornherein bekannt und unveränderlich, ist es am erfolgversprechendsten, immer die Blütenart zu wählen, die mit der höchsten Wahrscheinlichkeit eine Belohnung bereithält. Anders sieht es aus, wenn erst während des Sammelprozesses erkundet werden muss, welche Option besonders häufig zum Erfolg führt. Genau das ist bei Honigbienen der Fall. Für sie ist es also sinnvoll, das Sammeln an besonders vielversprechenden Blüten mit der Erforschung neuer Quellen zu kombinieren.

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Neuronales Netz imitiert Bienengehirn

Um ihre Theorie zu untermauern, modellierten die Forscher am Computer ein neuronales Netz, das das Lernzentrum im Gehirn der Bienen imitiert. Sie trainierten dieses neuronale Netz mit der gleichen Kombination aus positiver und negativer Verstärkung, die sie zuvor mit Hilfe von Zuckerwasser und bitterer Flüssigkeit bei den Bienen eingesetzt hatte. Im Anschluss sollte es die gleichen Aufgaben lösen.

Und tatsächlich: Die Ergebnisse waren denen der echten Bienen sehr ähnlich. Ein Ranking der verschiedenen Stimuli ist demnach tatsächlich nicht notwendig, um das Verhalten der Insekten nachzubilden. Es genügt, anhand von Verstärkungslernen die jeweiligen Wahrscheinlichkeiten isoliert zu betrachten. Mit sehr simplen kognitiven Methoden gelingt es Honigbienen demnach, sich in komplexen Entscheidungssituationen optimal zu verhalten. „Das beweist natürlich nicht, dass Honigbienen nicht in der Lage wären, Rankings aufzustellen“, schreiben die Forscher in ihrer Veröffentlichung. „Die Effektivität der simplen Strategie bei den meisten Aufgaben der Futtersuche macht aber komplexere Strategien in den meisten Fällen womöglich überflüssig.“

Quelle: HaDi MaBouDi (University of Sheffield) et al., Proceedings of the Royal Society B, doi: 10.1098/rspb.2020.1525

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