Ob in der menschlichen oder in Bienengesellschaften: Damit eine Gemeinschaft funktioniert, müssen Arbeiten zuverlässig auf die Mitglieder verteilt werden. Während Menschen Aufgaben bewusst organisieren und verteilen, geschieht dies im Bienenstaat ohne zentrale Planung. Trotzdem funktioniert die Arbeitsteilung bei den Bienen (Apis mellifera) gut.
Je nach Alter übernehmen die Arbeiterinnen unterschiedliche Arbeiten: Junge Bienen versorgen die Königin und pflegen den Nachwuchs; danach übernehmen sie Bauarbeiten und bewachen den Stock; erst spät verlassen sie den Stock, um Nahrung zu sammeln. Gesteuert werden die unterschiedlichen Arbeiten durch das Zusammenspiel von rund einer Million Nervenzellen im Bienengehirn. Wie das Nervensystem diese altersabhängige Arbeitsteilung umsetzt, war bisher jedoch unbekannt.
Erste Hinweise, wie die Arbeitsteilung gesteuert wird, lieferte die Arbeitsgruppe um Prof. Dr. Martin Beye vom Institut für Evolutionsgenetik der Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf (HHU) bei Untersuchungen des sogenannten doublesex-Gens. Sie zeigten, dass sich ältere Arbeiterinnen, bei denen das Gen inaktiviert wurde, verstärkt um die Königin kümmerten und damit Tätigkeiten übernahmen, die sie normalerweise nur im jüngeren Alter tun.
Da das doublesex-Gen nur in ausgewählten neuronalen Schaltkreisen aktiv ist, bot sich so einem Forschungsteam um Prof. Beye sowie Forschenden der Universitäten in Köln und Frankfurt/Main ein Zugang, um die Verhaltenssteuerung der Bienen zu untersuchen. Indem die zugehörigen doublesex-Neuronen gehemmt wurden – ein Neuron-hemmendes Protein wurde zum Gen zusätzlich abgelesen und wird über die Fütterung einer Substanz gezielt aktiviert –, konnten die Forschenden gezielt die Aktivität der entsprechenden neuronalen Schaltkreise hemmen.
Dr. Jana Seiler, Erstautorin der PNAS-Studie: „Dann übernahmen die älteren Arbeiterinnen wieder Arbeiten rund um die Königin, die ansonsten nur die jüngeren Bienen ausführten. Wurden die Schaltkreise nicht gehemmt, zeigten die Bienen ihr natürliches, altersabhängiges Verhalten. Auf diese Weise steuerten wir also, welche Arbeiten die Arbeiterinnen übernahmen.“
Die Ergebnisse der Forschenden zeigen, dass ein neuronaler Mechanismus der Arbeitsteilung im Bienenstaat zugrunde liegt. Indem bestimmte Bereiche im Bienengehirn gehemmt werden, werden andere Schaltkreise aktiviert, die die Durchführung von anderen Arbeiten steuern. Damit liefern die Ergebnisse erstmals Hinweise darauf, dass der Informationsaustausch zwischen den neuronalen Schaltkreisen für die Festlegung der Tätigkeit der Bienen eine wichtige Rolle spielt.
Prof. Beye: „Indem wir nun das Sozialverhalten der Bienen kontrollieren können, eröffnet uns dies neue Möglichkeiten, die Grundlagen der angeborenen Verhaltensvielfalt und der sozialen Zusammenarbeit zu erforschen. Das Rätsel, wie Bienen und andere Tiere ohne Arbeitsplan dabei so prächtig zusammenarbeiten, dürfte sich in den Schaltkreisen des Gehirns verbergen.“
Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf
Originalpublikation:
Vivien Sommer, Jana Seiler, Alina Sturm, Sven Köhnen, Anna Wagner, Christina Blut, Wolfgang Rössler, Stephen F. Goodwin, Bernd Grünewald, Martin Beye: Dedicated developmental programing for group-supporting behaviors in eusocial honeybees. Science Advances (2024). DOI: 10.1126/sciadv.adp3953
