Bienen beherrschen die unausgesprochene Sprache der Blumen. Diese summenden Bestäuber sind auf viele Merkmale blühender Pflanzen abgestimmt – die Form der Zwiebeln, die Vielfalt der Farben und ihre verlockenden Düfte – auf die sich Bienen verlassen, um zu erkennen, ob eine Belohnung mit Nektar und Pollen nahe ist. Bienen können aber auch Signale erkennen, die über Sehen und Riechen hinausgehen. Die winzigen Härchen, die ihren Körper bedecken, reagieren zum Beispiel extrem empfindlich auf elektrische Felder, die Bienen dabei helfen, Blumen zu identifizieren. Diese elektrischen Felder können die Nahrungssuche der Bienen beeinflussen – oder, wenn diese Felder künstlich verändert werden, dieses Verhalten sogar stören.
Heute im Tagebuch PNAS-Nexus, Biologen fanden heraus, dass synthetische Sprühdünger die elektrischen Reize von Blumen vorübergehend verändern können, eine Verschiebung, die dazu führt, dass Hummeln seltener auf Pflanzen landen. Das Team testete auch eine Art Neonicotinoid-Pestizid – bekanntermaßen giftig Sonstiges schädlich zu Honigbienengesundheit– genannt Imidacloprid, und entdeckte Veränderungen des elektrischen Feldes um Blumen herum. Interessanterweise schienen die Chemikalien die Seh- und Geruchshinweise nicht zu beeinflussen, was darauf hindeutet, dass dieses weniger bekannte Signal eine größere Rolle bei der Kommunikation spielt.
„Alles läuft elektrisches Feld“, sagt Ellard-Jagd, Hauptautor der Studie und sensorischer Biophysiker an der University of Bristol. „Wenn Sie wirklich klein sind, werden kleine schwache elektrische Felder sehr stark, besonders wenn Sie viele Haare haben, wie Bienen und Insekten.“
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Biologen fangen gerade erst an zu verstehen, wie wichtig elektrische Signale in der Welt der floralen Signale sind. Um mehr und weniger rohstoffreiche Blüten innerhalb einer Art zu unterscheiden, können beispielsweise Bienen spezifisch erkennen visuelle Muster auf Blütenblättern, wie Flecken auf der Oberfläche, und merken Sie sich diese für zukünftige Besuche. Form der Blüte auch wichtig – größere, offenere Blüten könnten ein einfacherer Landeplatz für weniger agile Käfer sein, während schmale röhrenförmige Zwiebeln Hotspots für Schmetterlinge mit langen Mundwerkzeugen sind, die Nektar erreichen können. Änderungen der Luftfeuchtigkeit Es wurde auch festgestellt, dass die Umgebung einer Blume den Schwärmer beeinflusst, da neu geöffnete Blumen typischerweise eine höhere Luftfeuchtigkeit aufweisen.
Ein elektrischer Hinweis ist jedoch „a ziemlich neu etwas, von dem wir herausgefunden haben“, sagt Karl Essenberg, ein Biologe, der am Bates College in Maine Bestäubungsökologie studiert und nicht an der Studie beteiligt war. EIN Studie 2016 fanden heraus, dass Hummeln, die nach Nahrung suchen, das elektrische Feld einer Blume für etwa 1 bis 2 Minuten verändern. Die Autoren der Studie schlugen vor, dass selbst diese kurze Veränderung von anderen vorbeikommenden Bienen erkennbar sein könnte, und informierten sie darüber, dass die Blume kürzlich besucht wurde – und weniger Nektar und Pollen zu bieten hat.
Das natürliche elektrische Feld einer Blume wird größtenteils von ihr erzeugt Bioelektrisches Potenzial– der Ladungsfluss, der von lebenden Organismen erzeugt wird oder in ihnen auftritt. Aber elektrische Felder sind ein dynamisches Phänomen, erklärt Hunting. „Blumen haben normalerweise ein negatives Potenzial und Bienen haben ein positives Potenzial“, sagt Hunting. „Sobald sich Bienen nähern, können sie ein Feld ertasten.“ Der Wind, die Landung einer Biene oder andere Wechselwirkungen lösen sofortige Veränderungen des bioelektrischen Potenzials einer Blume und ihres umgebenden Felds aus. In diesem Wissen hatte Hunting die Idee, alle durch chemische Anwendungen verursachten Änderungen des elektrischen Felds zu untersuchen und festzustellen, ob sie Bienenbesuche abschrecken.
Er begann zunächst mit Pestiziden wegen der gut untersuchten Auswirkungen, die sie auf Insekten haben können. „Aber dann dachte ich mir, Dünger hat auch eine Gebühr, und sie werden auch ausgebracht, und das ist in größerem Maßstab viel relevanter“, sagt er. Diese chemischen Mischungen, die in der Landwirtschaft und im Garten verwendet werden, enthalten oft verschiedene Mengen an Stickstoff, Phosphor und Kalium. „Jeder benutzt [fertilizers]und sie sollen ungiftig sein.“
Um das Futtersuchverhalten von Hummeln zu beurteilen, führten Hunting und seine Kollegen zunächst ein Experiment auf einem ländlichen Feld auf dem Campus der Universität von Bristol durch, bei dem zwei Topflavendelpflanzen verwendet wurden. Sie besprühten eine der Topfpflanzen mit einer handelsüblichen Düngermischung, während sie die andere mit demineralisiertem Wasser besprühten. Dann beobachtete das Team, wie Hummeln den mit Dünger bedeckten Lavendel umgingen. Sprays, die das Pestizid oder den Dünger enthielten, veränderten das bioelektrische Potenzial der Blume für bis zu 25 Minuten – viel länger als durch Wind oder eine Bienenlandung verursachte Verschiebungen.
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Aber um zu bestätigen, dass die Bienen den Dünger aufgrund einer Änderung des elektrischen Felds meiden – und nicht wegen der chemischen Verbindungen oder anderer Faktoren – mussten die Forscher die elektrische Verschiebung in der Blume nachbilden, ohne tatsächlich zu sprühen. In seinem fußballfeldgroßen Hinterhof, einem natürlichen Bereich ohne andere Stromquellen, manipulierte Hunting das bioelektrische Potenzial von Lavendelpflanzen, um die Veränderung nachzuahmen. Er legte die Stängel in Wasser, verdrahtete sie mit Elektroden und strömte mit einer Gleichstrom-Powerbank-Batterie Strom. Dadurch wurde wie beim Dünger ein elektrisches Feld um die Pflanze herum erzeugt.
Er beobachtete, dass sich die Bienen zwar den elektrisch manipulierten Blumen näherten, aber nicht auf ihnen landeten. Sie näherten sich den Blumen auch deutlich weniger als die Kontrollblumen, sagt Hunting. „Das zeigt, dass die Elektrik allein schon ein Vermeidungsverhalten hervorruft.“
Die Jagd deutet darauf hin, dass der Abwehrmechanismus der Pflanze die Ursache für die elektrische Veränderung sein könnte. „Was tatsächlich passiert, wenn man Chemikalien auf Pflanzenzellen aufträgt, es löst eine chemische Stressreaktion in der Pflanze aus, ähnlich einer Wundreaktion“, erklärt er. Die Pflanze sendet Metaboliten – die eine ionische Ladung haben – um mit der Fixierung des Gewebes zu beginnen. Dieser Ionenfluss erzeugt einen elektrischen Strom, den die Bienen wahrnehmen.
Die Forscher stellten auch fest, dass die Chemikalien das Sehvermögen oder den Geruch nicht zu beeinträchtigen schienen und dass die mit Pestiziden und Düngemitteln besprühten Pflanzen interessanterweise nach dem Regen erneut eine Verschiebung des elektrischen Felds zu erfahren schienen. Dies könnte darauf hindeuten, dass die Wirkung über nur einen Sprühstoß hinaus anhält. Die neuen Erkenntnisse könnten Auswirkungen auf Gelegenheitsgärtner und große Agrarindustrien haben, stellen die Forscher fest.
„Im Idealfall bringt man Dünger auf den Boden auf [instead of spraying directly on the plant]“, sagt Jagd. Aber das würde mehr Arbeit erfordern als der von vielen in der US-Landwirtschaft angewandte Ansatz, bei dem Flugzeuge riesige Felder besprühen.
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Essenberg sagt, dass die Änderungen des elektrischen Felds zum Glück relativ kurzlebig sind, was es den Landwirten etwas leichter macht, Problemumgehungen zu finden. Sie könnten beispielsweise mitten am Tag landwirtschaftliche Chemikalien versprühen, wenn Bestäuber weniger häufig nach Nahrung suchen, da sich viele Blüten morgens öffnen und ihnen bis dahin normalerweise die Pollen ausgehen.
Die Toxizität chemischer Spritzmittel hat wahrscheinlich einen größeren Einfluss „auf Populationsebene“ auf das Bienensterben, sagt Essenberg. Aber diese Studie bietet eine neue Idee: dass die Änderung des elektrischen Potentials möglicherweise berücksichtigt werden muss, um Pflanzen effektiv zu besprühen. „Es wirft die Frage auf, welche anderen Dinge dieses Potenzial beeinflussen könnten“, fügt sie hinzu, wie z. B. Schadstoffe in der Luft oder Verschmutzung, die mit dem Regen fällt.
Essenberg sagt, es wäre hilfreich, die Auswirkungen von Änderungen des elektrischen Felds in realistischeren Umgebungen für die Nahrungssuche über längere Zeiträume zu untersuchen. Die Jagd stimmt zu. „Ob das Phänomen langfristig wirklich relevant ist, mag es sein, aber wir müssen mehr darüber aufdecken neuer Mechanismus.“