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Wie Bienen „surfen“

Schwimmende Biene
Mithilfe ihrer Flügel erzeugen Bienen im Wasser Wellen, um sich fortzubewegen. (Bild: Chris Roh und Mory Gharib/ Caltech)

Honigbienen haben viele besondere Talente. Die Insekten merken sich den Weg zu besonders nektarreichen Blüten, kommunizieren auf komplexe Weise mit ihren Artgenossen und verfügen sogar über einen Sinn für Mathematik. Doch nicht nur das: Wie Forscher nun berichten, sind Bienen auch fähige Wassersportler. Landen sie unfreiwillig im Wasser erzeugen sie mithilfe komplexer Flügelbewegungen Wellen, die sie vorwärtstreiben. Sie können gewissermaßen auf der Wasseroberfläche surfen – und so ans rettende Ufer gelangen.

Wer an tierische Schwimmmeister denkt, dem fällt die Honigbiene wahrscheinlich als letztes ein. Dennoch kommen diese Insekten erstaunlich gut im Wasser zurecht. Landen Bienen unfreiwillig im Nass, können sie sich zwar nicht sofort wieder in die Lüfte erheben. Mithilfe kräftiger Flügelbewegungen schaffen sie es jedoch, ans rettende Land zu schwimmen. Wie machen die Insekten das? Diese Frage stellte sich Chris Roh vom California Institute of Technology in Pasadena, als er eines Sommerstages eine in einem Teich gestrandete Biene beobachtete: Das Tier bewegte sich zielstrebig in Richtung Ufer – und produzierte durch die hochstehende Sonne dabei Schattenspiele auf dem Teichgrund. Sowohl der Körper der Biene als auch die durch ihre Flügelbewegungen erzeugten Wellenmuster waren dadurch gut zu erkennen.

„Ich war fasziniert von diesem Verhalten und nahm die Honigbiene mit ins Labor, um mehr darüber zu erfahren“, berichtet Roh. Gemeinsam mit seinem Kollegen Morteza Gharib ließ er das Insekt und 32 weitere Honigbienen jeweils ein paar Minuten lang in einem mit Wasser gefüllten Behälter schwimmen. Gefiltertes Licht sorgte dabei dafür, dass wie zuvor im Teich die Wellenbewegungen im Wasser gut sichtbar wurden. Zusätzlich führten die Forscher Experimente mit einem mechanischen Flügelmodell durch, um dem Geheimnis der Schwimmkünste der Bienen genauer auf den Grund zu gehen.

Mit 20 Mikronewton voran

Die Ergebnisse enthüllten: Wenn eine Biene auf dem Wasser landet, bleibt Wasser an ihren Flügeln haften und nimmt ihr die Fähigkeit zu fliegen. Sie kann mithilfe ihrer Flügel aber Wellen im Wasser generieren, die sie vorwärtstreiben. Wie Roh und Gharib feststellten, entsteht dabei ausgehend vom Hinterteil der Biene eine Welle mit hoher Amplitude und Interferenzmuster im Wasser. Auf der Wasseroberfläche direkt vor dem Insekt ist dagegen keine große Welle zu sehen. Diese Asymmetrie treibt die Biene mit einer Schubkraft von 20 Mikronewton voran. „Die Bewegungen der Flügel der Biene erzeugen eine Welle, auf der sich ihr Körper fortbewegen kann“, erklärt Gharib. „Sie surft gewissermaßen gen Sicherheit.“ Konkret fungieren die Bienenflügel damit als Tragflächen, wie sie etwa von Tragflächenbooten bekannt sind. Sie heben den Bienenkörper an und machen eine schnelle Fortbewegung auf dem Wasser möglich.

Zeitlupenaufnahmen enthüllten, wie sich die Flügel der Insekten im Wasser bewegen. Demnach schlagen sie nicht einfach nur auf und ab, sondern vollführen Drehbewegungen nach unten und nach oben. Das Hochziehen der Flügel nach oben ist dabei die eigentlich entscheidende Bewegung, wie das Forscherteam berichtet – sie liefert den Schub nach vorne. Interessanterweise bleibt die Oberseite der Bienenflügel während dieser Bewegungen trocken, während die Unterseite am Wasser haftet. Dies gibt den Bienen den Ergebnissen zufolge zusätzliche Kraft: „Wasser ist drei Größenordnungen schwerer als Luft, weshalb es die Bienen gefangen halten kann. Gleichzeitig ist dieses Gewicht jedoch nützlich für den Antrieb“, sagt Roh. Genug Kraft, um sich aus dem Wasser zu erheben, generieren die Insekten auf diese Weise zwar nicht. Es reicht jedoch, um sich in Richtung Ufer zu manövrieren.

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Vorbild für Roboter

Diese Art der Fortbewegung ist für Honigbienen allerdings weitaus anstrengender als das Fliegen. Roh und Gharib glauben daher, dass die Insekten nur etwa zehn Minuten lang auf dem Wasser „surfen“ können – ihnen steht demnach ein begrenztes Zeitfenster zur Verfügung, um den Weg an Land zu finden. Wie die Wissenschaftler betonen, sind die bei den Bienen dokumentierten Bewegungen im Wasser bisher einzigartig im Tierreich und könnten eine wichtige biologische Funktion erfüllen. Denn die Insekten sammeln nicht nur Pollen und Nektar. Gerade an heißen Sommertagen bringen sie auch Wasser zum Bienenstock, um die Temperatur dort auf einem erträglichen Niveau zu halten. „Mit erhöhter Aktivität in Wassernähe steigt auch das Risiko, dass Sammlerinnenbienen auf die Wasseroberfläche fallen. Die Fähigkeit, sich selbst ans Ufer zu treiben, könnte die Überlebenschance dann deutlich verbessern“, erklären die Forscher.

In Zukunft soll der Mechanismus hinter diesen rettenden Bewegungen als Vorbild für Roboter dienen. Roh und Gharib arbeiten bereits an einer kleinen Konstruktion, die sich ähnlich auf der Wasseroberfläche bewegt wie eine Honigbiene. Langfristig könnten in Anlehnung an dieses Patent der Natur auch Roboter entstehen, die wie die Insekten beides können: fliegen und schwimmen. „Der Antrieb der Honigbiene mit nassen Flügeln zeigt, dass das System der schlagenden Flügel ein Weg ist, um Schub sowohl in der Luft als auch auf einer Wasseroberfläche zu erzeugen“, so das Fazit des Forscherteams.

Quelle: Chris Roh und Morteza Gharib (California Institute of Technology, Pasadena), Proceedings of the National Academy of Sciences, doi: 10.1073/pnas.1908857116

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