Forscher nutzen Big Data und intelligente Technologien, um die Bedingungen für Bienen zu verbessern und Imker anzuleiten.
Mit einem elektronischen „Ping“ erhält Professor Dirk de Graaf eine Warnung auf seinem Smartphone. Es ist eine Nachricht von einem Bienenstock, der in Schwierigkeiten steckt.
De Graaf, Professor für biomedizinische Physiologie und Insektenphysiologie und Leiter des Labors für Molekulare Entomologie und Bienenpathologie an der Universität Gent in Belgien, hat die letzten fünf Jahre damit verbracht, ein Datenerfassungssystem für Bienenstöcke zu entwickeln, von dem er hofft, dass es die Überlebensraten erheblich verbessern kann.
Intelligente Bienenstöcke
Im Rahmen einer europaweiten Forschungsinitiative B-GUT Für das Projekt schlossen sich de Graaf und ein Forscherteam aus 13 europäischen Ländern zwischen Mitte 2019 und November letzten Jahres zusammen, um zu erforschen, wie neue Technologien sowohl die Gesundheit der Bienen als auch die Nachhaltigkeit der Bienenhaltung unterstützen können.
Die Forscher haben ein Überwachungssystem entwickelt, das Probleme in einem Bienenstock erkennen und dem Imker maßgeschneiderte Ratschläge zum Eingreifen geben kann. Dieses System ist ein potenziell entscheidender Verbündeter für Imker, von denen es in den USA schätzungsweise 615.000 gibt. EU im Jahr 2021.
Sie entwickelten eine digitale Wabe – eine dünne Platine mit verschiedenen Sensoren, um die herum die Bienen ihre Waben bauen. Mehrere dieser Waben in jedem Stock können dann Daten an die Forscher übermitteln und so eine Echtzeitüberwachung ermöglichen.
Der nächste Schritt bestand darin, herauszufinden, wie man die Daten am besten interpretiert. „Die Herausforderung bestand darin, herauszufinden, welche Parameter am meisten zum Gesundheitszustand einer Kolonie beitragen“, sagte de Graaf.
Über drei Saisons hinweg überwachte das Team fast 400 Kolonien in den 13 teilnehmenden Ländern und konnte so Algorithmen entwickeln, die bei der Interpretation der von den digitalen Waben gesammelten Daten helfen.
„Es hat sich gezeigt, dass das Gewicht ein guter Indikator dafür ist, ob ein Bienenvolk den Winter überleben wird“, sagte de Graaf. „Mithilfe unserer Technologie können wir nun Bienenvölker identifizieren, bei denen ein Eingriff erforderlich ist. Dies wird den Imkern dann über maßgeschneiderte Warnmeldungen mit spezifischen Anweisungen mitgeteilt.“
Technikaffine Bienenhaltung
Bienen sind eine Schlüsselart und unverzichtbar für die Bestäubung von Wildpflanzen und vielen Nutzpflanzen, darunter Schokolade, Kaffee, Tomaten und Heidelbeeren. Schätzungen zufolge sind etwa vier von fünf Nutzpflanzen- und Wildpflanzenarten in Europa zumindest teilweise auf die Bestäubung durch Insekten angewiesen.
Dennoch nimmt die Zahl der wilden Bestäuber in Europa und der Welt aufgrund der kombinierten Auswirkungen von Klimawandel, Lebensraumverlust und weit verbreitetem Pestizideinsatz rapide ab. Laut der Europäische Rote Listeist die Population von rund jeder dritten Bienen-, Schmetterlings- und Schwebfliegenart bedroht. Besonders schädlich sind für de Graaf die Auswirkungen von Pestiziden.
„Sehr oft sterben die Bienen nicht sofort, wenn sie Pestiziden ausgesetzt sind, aber sie entwickeln Gedächtnisprobleme und kehren schließlich nicht zu ihrem Stock zurück“, sagte de Graaf.
Die automatische Datenerfassung im Bienenstock wird bereits von einigen Imkern genutzt, vor allem von jüngeren, technisch versierten Imkern. Ziel ist es nun, die Nutzung dieser Tools in der gesamten Imkergemeinschaft zu fördern, um eine Datenerfassung in größerem Umfang zu ermöglichen. Zu diesem Zweck arbeiten die Forscher eng mit der EU-Bienenpartnerschafteine 2017 gegründete EU-weite Plattform für Bienengesundheit und Datenmanagement.
„Wenn sich mehr Imker darauf verlassen würden, wäre das eine völlige Wende; es würde uns helfen, die Bienengesundheit aus einem anderen Blickwinkel zu betrachten“, sagte de Graaf.
Die entwickelte Technologie könnte Imkern auch bei der Planung zukünftiger Bienenstöcke helfen. Das B-GOOD-Team hat die Daten verwendet, um virtuelle Landschaften zu erstellen, die vorhersagen, wie ein Bienenstock auf bestimmte Umweltbedingungen reagiert. „Das funktioniert ein bisschen wie ein Flugsimulator, aber für Imker“, sagte de Graaf.
Die laufende Finanzierung durch die EU ermöglicht es den B-GOOD-Forschern, ihre wertvolle Arbeit durch die BESSER-B Forschungsinitiative, die bis Mai 2027 andauern wird.
Innenansicht
Professor Thomas Schmickl, Professor für Zoologie an der Universität Graz, Österreich, hat in den letzten fünf Jahren im Rahmen einer weiteren Forschungsinitiative namens HIVEOPOLIS die von 2019 bis März dieses Jahres lief.
Schmickl ist Gründer des Artificial Life Lab (ALL) an der Universität Graz, einem internationalen, interdisziplinären Forschungslabor, das in den Bereichen Schwarmintelligenz, Selbstorganisation, Schwarmrobotik und biologisch inspirierte Algorithmen forscht.
Ein Großteil der Arbeit bei ALL basiert darauf, sich von der Natur inspirieren zu lassen, um Fortschritte in der Robotik zu erzielen. Bei HIVEOPOLIS drehen die Forscher diesen Gedanken um und untersuchen stattdessen, wie Fortschritte in der Robotik dazu beitragen könnten, die Natur zu unterstützen. Schmickl nennt dieses Konzept Hacken des Ökosystems.
„Honigbienen sind extrem leistungsfähig. Wer sie unterstützt, unterstützt auch die Umwelt um sie herum“, sagt Schmickl. „Die Bestäubung kann nur mit Hilfe der Bienen aufrechterhalten werden.“
Er weist darauf hin, dass die Ernteerträge der Bauern sinken, wenn weniger Insekten bestäubt werden, was wiederum zu steigenden Lebensmittelpreisen führt. Dies wiederum setzt die Bauern unter Druck, intensive, umweltschädliche Anbaumethoden anzuwenden, die zu einem weiteren Rückgang der Insektenpopulationen führen. Es ist ein Teufelskreis.
Wie das B-GOOD-Team haben auch die HIVEOPOLIS-Forscher eine digitale Bienenwabe entwickelt, die mit Sensoren ausgestattet ist. Indem sie die Temperaturen an verschiedenen Stellen im Bienenstock messen, können die Forscher effektiv kartieren, was im Inneren passiert.
Damit lässt sich beispielsweise erkennen, wo sich im Bienenstock die Brut befindet, das sogenannte Brutnest. Anschließend kann der Imker den Bienenstock öffnen, ohne den empfindlichen Bereich des Brutnestes zu stören.
Warmhalten
Doch die digitalen Waben von HIVEOPOLIS sind nicht bloß Sensoren; sie können auch aktiviert werden, um bestimmte Teile eines Bienenstocks zu erwärmen, was laut Schmickl die Überlebensrate erheblich steigern könnte.
„Viele Bienenvölker sterben im Winter“, sagte er. „Sie brauchen Honig zum Überleben, aber manchmal sind diese Vorräte unerreichbar, sodass die Bienen beim Versuch, sie zu erreichen, vor Kälte sterben.“ Indem Imker dafür sorgen, dass die Bienen im Winter warm bleiben, können sie die Überlebensrate der Völker erhöhen.
„Dies ist das erste Mal, dass wir die Temperatur im Inneren der Wabe ändern können, indem wir den Befehl direkt über das Internet senden. Das hat noch nie jemand zuvor getan“, sagte er.
Zunächst war unklar, wie die Bienen auf die Technologie reagieren würden. Experimente haben jedoch bestätigt, dass nicht nur die Völker positiv reagierten, sondern dass die Schwarmintelligenz auf die Temperaturveränderungen reagiert, indem sie die eigene Wärmeproduktion der Bienen verringert und ihnen hilft, Energie zu sparen.
Tanzende Bienen
Inspiriert von der Arbeit des österreichischen Forschers Karl von Frisch untersuchte das HIVEOPOLIS-Team auch das Potenzial, auf besonders originelle Weise mit Bienen zu kommunizieren.
Im Jahr 1973 erhielt von Frisch den Nobelpreis für seine Arbeit zur Entschlüsselung des Schwänzeltanzes der Honigbienen – eines Tanzes, mit dem die Bienen den Standort von Nahrungsquellen mitteilen.
Er postulierte, dass der Winkel zum Bienenstock, die Form des Tanzes und die Geschwindigkeit der Schwänzelbewegung zusammengenommen die Richtung und Entfernung der Nahrungsquelle anzeigen. Diese Art der Kommunikation durch Bewegung scheint in der Insektenwelt einzigartig zu sein und fasziniert Forscher.
Dr. Tim Landgraf, Professor für künstliche und kollektive Intelligenz an der Freien Universität Berlin, einem der Partner von HIVEOPOLIS, erläuterte frühere Arbeiten von ihm. Dabei ging es um die Entwicklung einer tanzenden Roboterbiene namens RoboBee und es gab erste Hinweise darauf, dass Bienen möglicherweise bereit sind, dem Beispiel eines digitalen Partners zu folgen.
Mit HIVEOPOLIS hat Landgrafs Forschungslabor ein System entwickelt, mit dem sich echte Tänze der Honigbienen beobachten und in eine Karte übertragen lassen, um sie genauer analysieren zu können.
Das HIVEOPOLIS-Team ist davon überzeugt, dass ein solcher Roboter die Honigbienen möglicherweise zu sicheren Nahrungsplätzen und weg von gefährlichen Bereichen, wie sie beispielsweise durch Pestizide oder Krankheiten verseucht sind, lotsen könnte. Doch zunächst möchten sie den Tanz besser verstehen.
Schmickl äußerte die Hoffnung, dass die geleistete Arbeit den Imkern zugutekommt: „Wir haben die Prototypen, jetzt liegt es am freien Markt, diese Technologien in größerem Maßstab einzusetzen.“
Dieser Artikel erschien ursprünglich in Horizont das EU-Magazin für Forschung und Innovation.