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Ein neuer Duft für die Bienenkönigin

Furchenbiene
Furchenbiene (Lasioglossum malachurum) (Bild: Andreas Haselböck)

Bei Honigbienen sorgt die Königin durch einen speziellen Duftstoff dafür, dass ihre Arbeiterinnen unfruchtbar bleiben und ihr dienen. Ein solches Königinnenpheromon haben Forscher nun erstmals auch bei einer Bienenart mit weit einfacherem Staat nachgewiesen – der Furchenbiene. Das Überraschende jedoch: Der Duftstoff der Königin besteht bei dieser Bienenart aus einer chemisch völlig anderen Substanz als bei den Honigbienen. Das deutet darauf hin, dass die Evolution dieser Pheromone komplexer ablief als bisher gedacht.

Im Staat der Honigbienen herrscht eine strenge Arbeitsteilung: Die Königin allein ist für Fortpflanzung und Eiablage zuständig. Die Aufgabe der Arbeiterinnen ist es dagegen, die Königin zu versorgen, die Brut aufzuziehen und Nahrung für den Stock zu beschaffen. Ein von der Bienenkönigin abgesonderter Duftstoff – das Königinnenpheromon – sorgt dafür, dass die Arbeiterinnen keine Eierstöcke entwickeln und nicht geschlechtsreif werden. Sie können daher selbst keine Nachkommen produzieren. Diese reproduktive Arbeitsteilung und das Kastenwesen gelten als Erfolgsgrundlage von eusozialen Insekten wie Bienen, Wespen oder Ameisen.

Haben auch Furchenbienen ein Königinnenpheromon?

Doch es gibt auch Bienenarten, die zwar ebenfalls sozial leben, aber weniger ausgeprägte Kastenunterschiede aufweisen. Zu diesen primitiven eusozialen Bienen gehört die Furchenbiene Lasioglossum malachurum. Ihre einjährigen Kolonien bestehen aus weit weniger Einzeltieren als bei Honigbienen oder Wespen und Königin und Arbeiterinnen unterscheiden sich äußerlich kaum. Deshalb gingen Forscher bisher davon aus, dass diese Bienenarten kein Königinnenpheromon brauchen. Stattdessen sorgt die Königin durch ihr aggressives und dominantes Verhalten dafür, dass sich ihre Arbeiterinnen nicht paaren und fortpflanzen – so die gängige Annahme. Belegt wurde dies jedoch bislang nicht.

Deshalb haben nun Iris Steitz von der Universität Ulm und ihre Kollegen diese Annahme in Experimenten mit der Furchenbiene überprüft. Aus früheren Studien war bereits bekannt, dass diese Bienen verschiedene Duftstoffe auf ihrer Haut tragen, darunter unterschiedlich lange Kohlenwasserstoffketten und auch ringförmige Esther, sogenannte makrozyklische Laktone. Diese Substanzen sind, auch das war bereits bekannt, auf der Kutikula der Königinnen reichlicher vorhanden als bei den Arbeiterinnen. Doch ob einer dieser Stoffe möglicherweise doch als Königinnenpheromon wirkt, war unbekannt.

Hier setzt das Experiment von Steitz und ihrem Team an. Dafür setzten sie jeweils zwei Arbeiterinnen in einen durchsichtigen Schlauch und beobachteten ihr Verhalten bei der Begegnung. Der Clou dabei: Eines der Tiere hatten die Forscher zuvor entweder mit der Duftmischung einer Königin eingestrichen oder aber mit einer jeweils unterschiedlichen Mischung der kutikulären Kohlenwasserstoffe und makrozyklischen Laktone.

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Vorhanden, aber überraschend anders

Die Tests ergaben, dass das Originalsekret der Königin tatsächlich eine typische Reaktion der Arbeiterin hervorrief: „Die typische Reaktion besteht aus unterwürfigen, sich zurückziehenden Bewegungen“, erklärt Steitz‘ Kollege Manfred Ayasse. Vom Duft getäuscht, zeigte die Testbiene im Schlauch dieses unterwürfige Verhalten auch gegenüber ihrer „parfümierten“ Kollegin. Nach Angaben der Forscher legt dies nahe, dass auch die Königinnen der Furchenbienen ein Duftsignal nutzen, um das Verhalten ihrer Arbeiterinnen zu kontrollieren.

Doch woraus besteht dieses Pheromon? Das zeigte sich an der Reaktion der Arbeiterinnen auf die synthetischen Duftmischungen. Begegneten sie einer Nestgenossin, die mit makrozyklischen Laktonen bestrichen war, verhielten sie sich wie gegenüber einer Königin. Trugen die Arbeiterinnen dagegen nur eine Mischung aus den kutikulären Kohlenwasserstoffen, blieb die unterwürfige Reaktion aus. Demnach scheint das Königinnenpheromon der Furchenbienen aus makrozyklischen Laktonen zu bestehen, wie die Forscher berichten. Wie ergänzende Versuche bestätigten, hemmen diese Duftstoffe auch die Entwicklung der Eierstöcke bei den Arbeiterinnen.

Damit scheint klar, dass auch primitive eusoziale Bienen wie die Furchenbiene ein Königinnenpheromon einsetzen – entgegen früheren Annahmen. Überraschend auch: „Die meisten bisher publizierten Studien ließen vermuten, dass kutikuläre Kohlenwasserstoffe generell bei allen sozialen Insekten zu Königinnenpheromonen evolviert sind“, sagt Ayasse. „Unsere Studie stellt diese Annahme in Frage und zeigt ein viel komplexeres Bild der Evolution.“

Quelle: Universität Ulm; Fachartikel: Current Biology, doi: 10.1016/j.cub.2020.01.026

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