Honigbienenköniginnen schieben Pestizide in die Eier
Nachverfolgung von Pestiziden bei Honigbienen zum Schutz der Bestäuber und zur Sicherung der landwirtschaftlichen Produktivität. Schätzungen zufolge sind 35 % der weltweiten Nahrungspflanzen – jeder dritte Bissen – auf tierische Bestäuber angewiesen.
Insbesondere Honigbienen tragen in den USA zu einer landwirtschaftlichen Produktivität im Wert von Milliarden Dollar bei. Doch in den letzten Jahren sind Bienenvölker auf mysteriöse Weise zusammengebrochen. Ohne ersichtlichen Grund verlassen Arbeiterbienen ihren Bienenstock und lassen die Königin mit ihrer Brut aus noch unreifen Bienen zurück.
Die Ursache für das Bienensterben ist unbekannt, doch es wird vermutet, dass Pestizide eine Rolle spielen könnten. Um zu untersuchen, wie genau sich diese Chemikalien auf Honigbienen auswirken, verfolgen Forscher deren Bewegung und Anreicherung in den Bienenvölkern.
Die neue Studie wurde in Current Biology von Autoren der University of California (UC) Davis, des US-Landwirtschaftsministeriums und des Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) veröffentlicht. Die Forscher zeigten, dass eine Honigbienenkönigin, die einer chronischen Pestizidbelastung ausgesetzt ist, diese Schadstoffe aufnimmt und an ihre Eier weitergibt – ein Prozess, der als „maternal offloading“ bezeichnet wird.
„Die Königin ist das einzige Mitglied des Bienenstocks, das Eier legen kann, aus denen die nächste Generation von Arbeiterinnen hervorgeht“, sagte Sascha Nicklisch, leitender Autor und außerordentlicher Professor an der UC Davis. „Sie hält das Bienenvolk am Leben, daher ist es wichtig zu verstehen, wie sich Pestizide auf Bienenköniginnen und auch auf deren Nachkommen auswirken können.“
Das LLNL trug zu dieser Arbeit mit seiner BioAMS-Technologie (biologische Beschleuniger-Massenspektrometrie) bei – einem Instrument aus einer Reihe von Geräten, die es den Forschern des LLNL ermöglichen, Herausforderungen in den Bereichen nationale Sicherheit und neue wissenschaftliche Erkenntnisse zu erforschen. Das Team markierte ein Modell-Pestizid mit einem „Marker“ aus dem Kohlenstoff-14-Isotop. Kohlenstoff enthält meist 12 Neutronen; wurde also in einer Probe aus der Kolonie die schwerere Variante mit 14 Neutronen nachgewiesen, deutete dies auf das Vorhandensein des Pestizids hin und gab Aufschluss über dessen Konzentration.
„Mit BioAMS können wir selbst sehr geringe Mengen eines Pestizids nachweisen. Die von uns verwendeten Pestizidkonzentrationen waren nicht tödlich und entsprachen den in der Natur vorkommenden Konzentrationen“, sagte der LLNL-Wissenschaftler und Autor Bruce Buchholz. „Arbeiterbienen haben im Bienenstock unterschiedliche Aufgaben. Wir wollten herausfinden, ob eine bestimmte Nische der Arbeiterbienen oder ein bestimmtes Entwicklungsstadium durch das Pestizid übermäßig belastet wurde.“
Um diese Frage zu beantworten, schufen die Forscher „Nanokolonien“, die die inneren Abläufe und Funktionen eines Bienenstocks und einer Kolonie nachbilden, indem sie konische Kunststoffbehälter mit Netzböden verwendeten. Jede Nanokolonie enthielt eine Königin und 60 Arbeiterbienen.
Die Autoren verfolgten den Weg des Pestizids über 10 Tage hinweg und beobachteten, wie es von kontaminiertem Pollen, Wasser und Futter zu den Arbeiterbienen gelangte, die diese Nahrungsquellen sammelten, und von dort weiter zur Königin und schließlich zu deren Eiern. Neben der Untersuchung von Proben aus der gesamten Kolonie analysierten sie auch das Eierstockgewebe der Königinnen.
Die Ergebnisse waren verblüffend. Die Arbeiterinnen waren anfangs in der Lage, die Pestizide herauszufiltern und deren Konzentration zu verringern, während sie ihre Nahrungsquelle zu Honig verarbeiteten. Diese Fähigkeit ließ jedoch nach, je mehr Pestizide sich im Laufe der Zeit ansammelten. Am ersten Tag konnten die Arbeiterinnen 95 % des Pestizids herausfiltern und in die Wabe ableiten, doch dieser Wert sank bis zum 10. Tag auf 86 %.
„In unserer Studie begannen sich die Pestizide im Laufe der Zeit in den Königinnen anzureichern, was darauf hindeutet, dass die Filterkapazität der Arbeiterinnen überfordert werden kann“, sagte Angela Encerrado-Manriquez, Hauptautorin und frischgebackene Doktorandin der UC Davis. „Wenn dies geschieht, verfügen Königinnen über eine eigene Abwehrstrategie. Durch die mütterliche Auslagerung können sie die toxische Belastung auf ihre Eier abwälzen.“
Königinnen reicherten deutlich weniger Pestizide an als Arbeiterinnen, möglicherweise aufgrund dieses Selbsterhaltungstriebs.
„Die Königinnen schienen die Pestizide in die Eier auszulagern“, sagte Buchholz. „Einige Eier weisen möglicherweise einen höheren Pestizidgehalt auf und sind weniger gesund und lebensfähig, aber die Königin überlebte und konnte weiterhin Eier legen.“
Honigbienenköniginnen können täglich 1.500 bis 2.000 Eier legen, um ihre Bienenvölker und damit auch die landwirtschaftliche Produktivität und die Ernährungssicherheit in den USA zu sichern.
Mit Blick auf die Zukunft wollen die Forscher untersuchen, wie lange Bienenköniginnen die Kontamination weitergeben können, welche langfristigen Auswirkungen dies auf die Kolonien hat und welche Unterschiede zwischen verschiedenen Pestiziden bestehen.
