Bienenpopulationen sind durch Hitzewellen und Infektionen mit Krankheitserregern gefährdet

Die historisch hohen Hitzewellen, die diesen Sommer den Südwesten der USA und Südeuropa heimgesucht haben, bereiten nicht nur den Menschen Probleme. Extreme Hitzewellen beeinträchtigen Bestäuber und die auf ihnen lebenden Krankheitserreger und führen zu einem gegenseitigen Ungleichgewicht, das schwerwiegende Folgen für die Wirtschaft und die öffentliche Gesundheit haben könnte.

Ein globales Forschungsteam unter der Leitung von Penn State untersuchte als erstes, wie sich extreme Hitzewellen auf die Wirt-Erreger-Beziehung zwischen zwei Arten von Solitärbienen (Osmia cornifrons und Osmia lignaria) und einem Protozoen-Erreger (Crithidia mellificae) auswirken. Die Forscher veröffentlichten ihre Ergebnisse kürzlich in der Fachzeitschrift Grenzen in Ökologie und Evolution.

Die Forscher fanden heraus, dass der Doppelschlag der extremen Hitzeeinwirkung und der vorherigen Infektion dazu führte, dass Einzelbienen, die über 90 % der rund 4.000 Bienenarten in Nordamerika ausmachen, weniger wahrscheinlich nach Nahrung suchen. Wenn Bienen keine Nahrung suchen, fressen sie nicht und – was für den Menschen wichtig ist – bestäuben sie keine Pflanzen, die für die Weltwirtschaft und die Ernährungssicherheit lebenswichtig sind.

„Wir erleben jetzt die höchsten Temperaturen in der Geschichte“, sagte Mitzy Porras, Postdoktorand am Penn State College of Agricultural Sciences und Hauptautor der Studie. „Diese Hitzewellen dauern drei oder sogar vier Tage, was für Bienen eine lange Hitzetoleranzperiode darstellt. Wenn man das dann mit einer vorherigen Infektion durch einen Krankheitserreger kombiniert, sehen wir zwei Faktoren, die den Bestäuber stark beeinträchtigen können.“ Populationen.“

Die Forscher entwickelten eine experimentelle Methode zum Testen, die Porras „thermische Kühnheit“ nennt, die Hitzemenge, die eine Biene aushalten kann, um sich zu einer Nahrungsquelle zu bewegen. Die Bienen wurden in einen Tunnel gebracht. Auf der einen Seite des Tunnels befand sich eine Kammer mit Temperaturen, die denen einer sommerlichen Hitzewelle entsprachen, und auf der anderen Seite der heißen Kammer befand sich eine Mahlzeit aus Zuckerwasser und Pollen. Das Team stellte fest, dass Bienen, die zuvor mit einem häufig vorkommenden Protozoen-Krankheitserreger infiziert waren, weitaus weniger hitzetolerant waren und viel seltener das Risiko eingingen, zum Fressen durch die Kammer zu gehen.

Im Allgemeinen stellten sie fest, dass die Hitze sowohl den Bienenwirt als auch seinen Krankheitserreger negativ beeinflusste, der Wirt jedoch die Hauptlast davon trug. Hitzeeinwirkung verringerte die thermische Kühnheit und Hitzetoleranz der Bienen, wohingegen die Wachstumsrate des Erregers durch Hitze nur geringfügig negativ beeinflusst wurde.

„Diese asymmetrischen Beziehungen zwischen Organismen werden bei der Untersuchung von Klimaauswirkungen oft übersehen, aber sie sind wichtig, wenn wir verstehen wollen, was wirklich vor sich geht“, sagte Porras. „Als wir Wirt und Krankheitserreger gleichzeitig untersuchten, stellten wir fest, dass eine Infektion die Hitzetoleranz des Wirts erheblich verringert – ein Befund, den wir nicht entdeckt hätten, wenn wir nur Bienen untersucht hätten.“

Die Forscher fanden heraus, dass eine gesunde Biene eine Hitzewelle von 109,4 Grad Fahrenheit vertragen konnte, ihre Toleranz nach der Infektion jedoch auf 38,6 Grad Fahrenheit reduziert war.

„Unsere Ergebnisse geben Aufschluss über die Auswirkungen extremer Hitzewellen auf die Wirt-Pathogen-Dynamik in einer wärmeren Welt“, sagte Co-Autor Ed Rajotte, emeritierter Professor für Entomologie an der Penn State. „Wir werden keine einfache, lineare Veränderung erleben, wenn sich das Klima erwärmt. Jeder Organismus wird anders reagieren und die Beziehungen zwischen Organismen werden sich grundlegend verändern. Wenn wir versuchen wollen, die Auswirkungen des Klimawandels vorherzusagen, sind Beziehungen wichtig.“ . Veränderungen in unseren Ökosystemen haben reale Konsequenzen und wir müssen die Feinheiten verstehen, wenn wir uns auf die Realität eines sich ändernden Klimas vorbereiten wollen.“

Solitärbienen, die aufgrund ihrer hohen Futterkapazität oft als Arbeitspferde der Bestäuberwelt bezeichnet werden, leben etwa ein Jahr, sind aber außerhalb ihrer Nester nur zwei bis vier Wochen lang aktiv, beispielsweise im zeitigen Frühjahr. Sie bestäuben ein Leben lang in weniger als einem Monat, erklärte Rajotte.

Für den Menschen mag eine drei- oder viertägige Hitzewelle nur ein unangenehmer Zwischenfall sein, aber für eine Einzelbiene kann sie ein Viertel der Gesamtzeit ausmachen, die sie außerhalb ihres Nests aktiv ist – und ihre Paarungs- und Bestäubungsfähigkeit erheblich beeinträchtigen und Nachkommen hervorbringen. Die Forscher zeigten, dass ihre Gesundheit noch stärker gefährdet ist, wenn sie zuvor mit einem Krankheitserreger infiziert waren.

Das Team kam zu dem Schluss, dass extreme Hitzeeinwirkung die Hitzetoleranz der Bienen im Allgemeinen verringert, Hitzewellen jedoch die negativen Auswirkungen der Infektion auf die thermische Physiologie der Bienen verschlimmerten und letztendlich ihr Verhalten beeinträchtigten.

„Wir müssen über das große Ganze nachdenken“, sagte Porras. „Der Klimawandel wirkt sich nicht nur auf die Arten aus, er wirkt sich auch auf die Beziehungen zwischen den Arten aus und das könnte enorme Auswirkungen auf die menschliche Gesundheit und den Planeten insgesamt haben.“

Weitere Co-Autoren von Penn State an dem Papier sind David Biddinger und Sharifa Crandall. Die anderen Autoren sind Carlos Navas und Gustavo Agudelo-Cantero von der Universität São Paulo; Michel Geovanni Santiago-Martínez von der University of Connecticut; und Volker Loeschcke und Jesper Givskov Sørensen von der Universität Aarhus in Dänemark.