Die Honigbienen sahen vollkommen gesund aus, als sie an einem warmen Herbsttag in Zentral-Pennsylvania um ihren kastenförmigen hölzernen Bienenstock schwirrten.
Elizabeth Capaldi vermutete etwas anderes.
Die Biologin, gekleidet in einen weißen Schutzanzug und einen Hut, streckte eine behandschuhte Hand aus, um eines der Insekten in einem kleinen Fläschchen einzufangen, und brachte es dann zurück in ihr Labor der Bucknell University, um sein Gehirn zu sezieren.
Ihr Kollege David Rovnyak legte später eine Probe der Innereien der Biene in einen großen Metallzylinder und beschoss sie mit hochfrequenten Radiowellen – eine Art Scan-Technologie, die die Mengen bestimmter verräterischer Chemikalien darin enthüllte.
Ihr Ziel: Frühwarnzeichen dafür zu erkennen, dass eine Biene unter Stress steht, damit Imker versuchen können, einen bedrohten Bienenstock zu retten, bevor es zu spät ist.
Honigbienen sind seit Jahrzehnten rückläufig, was Kopfschmerzen und höhere Kosten für Landwirte verursacht, die auf die Insekten angewiesen sind, um ihre Äpfel, Mandeln und 130 andere Obst-, Nuss- und Gemüsepflanzen zu bestäuben. Das Problem machte 2006 mit dem Auftreten eines mysteriösen neuen Phänomens namens Colony Collapse Disorder Schlagzeilen, aber der allgemeine Rückgang der Bienengesundheit war schon lange vorher im Gange und dauert bis heute an.
Zu den Ursachen gehören Klimawandel, Pestizide und Krankheiten, sagte Capaldi, der Insektenverhalten und Neurowissenschaften an der Liberal Arts University in Lewisburg studiert. In schlechten Jahren kann die Kombination von Beleidigungen mehr als die Hälfte der Kolonien eines Imkers auslöschen.
„Honigbienen leiden“, sagte sie. „All diese Faktoren haben sich zusammengeschlossen, um ein stressiges Umfeld für Honigbienenkolonien im ganzen Land zu schaffen.“
Sie und Rovnyak, ein Chemieprofessor in Bucknell, erkannten vor fünf oder sechs Jahren, dass sich das Problem für eine interdisziplinäre Lösung anbieten könnte. Das Paar schloss sich mit der Kollegin Marie Pizzorno zusammen, einer Expertenin für Viren, da ein Virus, der ihre Flügel deformiert, ein Faktor für den Niedergang der Insekten ist.
Sie wollen chemische Stressindikatoren identifizieren, die im Gehirn einer Biene Monate ansteigen, bevor das Insekt äußerliche Anzeichen des Niedergangs zeigt.
Das zylindrische Gerät, das Rovnyak zum Nachweis dieser Substanzen verwendet, ein sogenanntes Spektrometer, wäre für jeden Imker oder Landwirt unpraktisch. Aber sobald die Forscher bestimmt haben, welche Chemikalien die besten Prädiktoren für die Bienengesundheit sind, wollen sie einen kostengünstigen Test entwickeln, der in der realen Welt eingesetzt werden könnte.
Verdoppeln Sie die Kosten
Jedes Jahr im Frühling, wenn die Apfelblüten zu blühen beginnen, rollt mitten in der Nacht ein Pritschenwagen, beladen mit 100 Honigbienenstöcken, zur Hollabaugh Bros. Farm.
Arbeiter stellten die kastenförmigen Container auf 150 Morgen auf, die mehr als 50 Apfelsorten produzieren, sagte Ellie Hollabaugh Vranich, stellvertretende Geschäftsführerin der Farm in Biglerville, nördlich von Gettysburg.
„Wir versuchen, sie auszubreiten, solange es noch dunkel ist, bevor die Bienen aufwachen“, sagte sie.
Vor einem Jahrzehnt mietete die Farm die Bienenstöcke für 50 Dollar pro Stück. Vor ein paar Jahren stieg der Preis auf 60 Dollar, und im vergangenen Frühjahr waren es 100 Dollar, also insgesamt 10.000 Dollar, sagte sie.
Imker haben eine Vielzahl von Gründen für die Erhöhungen angeführt, wie z. B. höhere Kraftstoffkosten und Störungen im Zusammenhang mit der COVID-19-Pandemie. Aber jedes Jahr ist ein wichtiger Faktor für höhere Kosten, dass viele Völker den Winter nicht überleben, was bedeutet, dass die Imker sich bemühen müssen, rechtzeitig für die Vegetationsperiode neue aufzuziehen.
„Sie können eine Biene nicht einfach auf einer Verarbeitungslinie in einer Fabrik herstellen“, sagte Vranich. „Sie müssen gezüchtet werden und Zeit bekommen, um neue Bienenstöcke zu entwickeln.“
Erfahrene Imker wie Capaldi, der Bucknell-Wissenschaftler, können oft erkennen, wann ein Bienenstock zu versagen beginnt, indem er ihn einfach betrachtet. Vielleicht haben die Insekten keine langfristigen Honigvorräte angehäuft, sondern ernähren sich von flüssigem Nektar. Brutmangel ist ein weiteres Warnzeichen.
Aber zu diesem Zeitpunkt könnte es bereits zu spät sein.
Vor einem Jahr stellte Capaldi fest, dass ihre acht Bienenstöcke in Bucknell unter Stress standen, wahrscheinlich weil die Herbstastern und Goldruten weniger Nektar als gewöhnlich produziert hatten. Also ergänzte sie den ganzen Winter über die Nahrung der Insekten mit Zucker.
Trotzdem überlebten nur zwei der Bienenstöcke.
Schuldige finden
Die ersten Anzeichen von Problemen für die Insekten kamen in den 1980er Jahren mit der Einführung einer parasitären Milbe aus Übersee, sagte Pizzorno, der Virologe von Bucknell.
Im Verhältnis zur Größe der Honigbiene sind diese Varroa destructor genannten Parasiten enorm.
„Es wäre, als hätte man eine Zecke am Körper, die so groß ist wie ein Teller“, sagte sie.
Wissenschaftler entdeckten später, dass die Parasiten nicht nur direkt Schaden zufügten, sondern auch ein Virus auf die Honigbienen übertrugen, das ihre Flügel verformte.
Forscher haben auch festgestellt, dass der Klimawandel die Bienen auf vielfältige Weise beeinflusst, sagte Capaldi. Frühe Wärmeperioden oder ungewöhnliche Regenmuster können dazu führen, dass Blumen zu früh blühen und verschwinden, wenn die Insekten nach Nektar suchen.
„Wenn die Kolonie wächst, sind die Blumen möglicherweise nicht verfügbar“, sagte sie.
Bestimmte Pestizide und andere Praktiken der groß angelegten industriellen Landwirtschaft können den Stress ebenfalls erhöhen, sagte sie. Dazu gehört die Art und Weise, wie die Bienen eingesetzt werden, von Farm zu Farm transportiert werden, wo sie sich tagelang von einer Ernte ernähren.
In den 1990er Jahren berichteten Imker zunehmend, dass einige ihrer Völker den Winter nicht überlebten. Dann entdeckten Imker im Jahr 2006, dass einige Völker auf ungewöhnliche Weise starben. Anstatt im oder in der Nähe des Bienenstocks zu sterben, verschwanden die Bienen einfach und flogen anscheinend weg, um woanders zu sterben.
Während Imker in den letzten Jahren weniger Fälle dieser Koloniekollapsstörung gemeldet haben – teilweise weil sie bessere Managementtechniken entwickelt haben – bleiben die Ursachen etwas unklar. Capaldi macht viele der gleichen Faktoren verantwortlich, die für den allgemeinen Rückgang der Bienen verantwortlich sind, der Ende der 1980er Jahre begann.
Verräterische Chemikalien
Das robuste Silberspektrometer in Bucknell enthält einen Magneten, der stärker ist als die in MRI-Geräten verwendeten, sagte Rovnyak, der Chemieprofessor. Um verräterische Stoffwechselchemikalien in einem Bienengehirn zu identifizieren, platziert er den winzigen Materialklumpen in einem kleinen Behälter in der Mitte des Geräts und trifft ihn dann mit Radiowellen, wodurch die verschiedenen Substanzen so in Resonanz geraten, dass ihre relativen Mengen dies können gemessen werden.
„Jedes Molekül klingelt mit einem bestimmten Satz von Mustern, wie ein Akkord“, sagte er.
In einer Studie fanden er und die anderen heraus, dass eine Aminosäure namens Prolin im Gehirn von Honigbienen, die mit dem Flügeldeformationsvirus infiziert waren, erhöht war – lange bevor sie äußere Anzeichen einer Krankheit zeigten.
Die Wissenschaftler haben seitdem andere Proteinfragmente identifiziert, die Anzeichen von Stress sein könnten – möglicherweise, weil die Insekten ihre Essgewohnheiten als Reaktion auf die Infektion ändern – aber es ist noch mehr Arbeit erforderlich.
Sobald die Bucknell-Forscher die besten chemischen Prädiktoren für den Niedergang einer Biene eingegrenzt haben, hoffen sie, einen kostengünstigen Schnelltest zu entwickeln, den Imker verwenden können.
„Wenn wir uns für ein paar Dollar etwas einfallen lassen könnten, könnte das reizvoll sein“, sagte Rovnyak.
Er verglich den Ansatz mit bestimmten Bluttests für Menschen, die beispielsweise Stoffwechselzeichen von Typ-2-Diabetes Jahre vor Ausbruch der Krankheit erkennen können. Ähnlich wie Menschen mit Prädiabetes Krankheiten abwehren können, indem sie ihre Ernährung ändern, könnten Imker dasselbe für die Insekten tun. Sie zum Beispiel mit Zucker zu füttern, aber früher als Capaldi letztes Jahr mit Bucknells Kolonien anzufangen. Oder der Einsatz anderer Taktiken, die sich als vielversprechend erwiesen haben, um den Kollaps der Kolonien zu begrenzen, wie z. B. die Behandlung von Milben, das Umsiedeln von Bienenstöcken oder das Einsetzen einer anderen Bienenkönigin.
In der Zwischenzeit fallen erhebliche Teile der Kolonien jeden Winter aus – 30 % in einem Jahr, 40 % oder 50 % im nächsten, laut Umfragen der gemeinnützigen Bee Informed Partnership. Vorerst haben die Züchter mit der Nachfrage nach neuen Kolonien Schritt gehalten. Aber irgendwann werden sie es vielleicht nicht mehr tun, sagte Rovnyak.
„Es scheint nur alle paar Jahre immer herausfordernder zu werden“, sagte er. „Und es gibt keine Anzeichen dafür, dass das aufhört.“
2022 Der Philadelphia-Ermittler.
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