Wonach riecht das Bienennest?
Das Nest einer Biene vergleicht Karsten Seidelmann mit dem Heim eines Menschen: „Wenn Sie Freunde in deren Wohnung besuchen, bemerken Sie, sobald die Tür aufgeht, dass jede Wohnung ihren eigenen charakteristischen Geruch hat.“ Dieser sei eine Kombination aus Körpergeruch, verwendeten Putzmitteln, dem Material von zum Beispiel den Möbeln und vielem mehr. „Eigentlich könnten Sie mit geschlossenen Augen auseinanderhalten, ob Sie gerade in Ihrer eigenen Wohnung stehen oder in der Ihrer Nachbarin.“
Was wir in der Regel nur unterbewusst wahrnehmen, nutzt die Gehörnte Mauerbiene, um ihre Wohnung oder besser gesagt ihr Nest von dem ihrer Nachbarinnen zu unterscheiden. Sie gehört zu den solitär lebenden Bienen. Die Tiere nisten in bereits vorhandenen Hohlräumen, wie Mauerritzen, Löchern im Wandverputz oder auch in hohlen Pflanzenstängeln, wie man sie in Insektenhotels findet. „Jedes Weibchen ist fruchtbar, bekommt Nachwuchs und baut ihr eigenes Nest“, erklärt Konrad Frahnert. Obwohl die Nester der Weibchen oft nahe beieinanderliegen, findet jede Biene den Eingang zu ihrer eigenen Brutzelle zuverlässig wieder. Dazu nutzt sie eine Kombination aus räumlicher Orientierung und Geruch. Unklar war bisher, welche Substanzen jede Biene für ihre individuelle Duftmarke verwendet und wodurch die Individualität zustande kommt. Denkbar wären unterschiedliche Mischungsverhältnisse eines festen Sets an Substanzen oder aber persönliche Duftstoffe jeder einzelnen Biene. Frahnert ist dieser Frage in seiner Seminararbeit nachgegangen, die er im Rahmen der gymnasialen Oberstufe erstellte. Auf das Thema kam er, weil er seit seiner Kindheit mit der Gehörnten Mauerbiene zu tun hat: Seine Eltern halten seit vielen Jahren in ihrem eigenen Garten Wildbienen.
Forschung daheim und im Labor
Für seine Arbeit bot Frahnert den Bienen hohle Pflanzenstängel, Röhren des Japan-Knöterichs, als Nisthilfen an, die er in einem selbstgebauten Kasten im heimischen Garten übereinanderstapelte. Die Versuchs-Röhrchen versah er am Eingang mit einem Filterpapier. Bevor die Bienen Brutzellen darin anlegten und Pollen sammelten, bereiteten sie die Niströhre vor. Dabei rieben sie mit ihrem Körper an der Wand entlang, betupften diese mit der Hinterleibsspitze und hinterließen Duftstoffe in der Niströhre. An dem Papier streiften die Weibchen auch jedes Mal entlang, bevor sie das Nest verließen oder nachdem sie von einem Flug zurückkamen.
Wenn die Bienen ihre Nester anfliegen, orientieren sie sich zunächst rein visuell, wie Frahnert beobachten konnte: „Wenn man Niströhren vertauscht, fliegt die Biene erstmal den vertrauten Platz an, steckt ihren Kopf in das Röhrchen und kriecht dann wieder heraus – weil der Geruch nicht stimmt. Sie fliegt dann die Nester in der Nachbarschaft ab und steckt überall den Kopf hinein, solange bis sie ihre eigene Brutzelle wiedergefunden hat.“
Nachdem die Bienen die Röhrchen etwa zur Hälfte mit Brutzellen gefüllt hatten, tauschte Frahnert die Filterpapiere durch frische aus. „So wollte ich überprüfen, ob die Duftmarken zeitlich konstant bleiben“, erklärt er.
Zur Zusammenarbeit mit seinem Vater kam es dann eher aus Zufall, erzählt der Jungforscher: „Eigentlich sollten die Proben im Labor der Partnereinrichtung des Weinberg-Gymnasiums Kleinmachnow, dem Helmholtz-Zentrum Hereon, untersucht werden. Aber wegen Corona durfte dort kein Schüler rein.“ Da konnte der Vater einspringen: Bei einem einwöchigen Praktikum in der Arbeitsgruppe Tierphysiologie der MLU lernte Frahnert, die Duftstoffe von den Filterpapieren zu extrahieren und diese mit einer Kombination aus Gaschromatographie und Massenspektrometrie zu analysieren. Bei dieser Methode wird die Probe verdampft, die nun gasförmigen Stoffe werden aufgetrennt und über einen Detektor geleitet, der ihre Molekülmassen analysiert. Durch Abgleich mit einer Datenbank oder Referenzsubstanzen kann jeder Stoff eindeutig bestimmt werden. Der Schüler fand 59 Substanzen, von denen ein Großteil von der Biene selbst stammte. Ein kleinerer Teil kam aus der Umgebung, zum Beispiel von Blüten oder vom Niströhrchen.
Wie individuell ist der Geruch?
„Wir hatten eigentlich vermutet, dass jede Biene ihren eigenen unverwechselbaren Fingerabdruck an Duftstoffen hat“, so Frahnert. Dem war aber nicht so: Alle Bienen produzierten dieselben Chemikalien in nur leicht unterschiedlichen Mengenverhältnissen. Im Durchschnitt seien die Geruchsprofile aller Nester aber unterschiedlich genug, sodass jede Biene ihr eigenes Nest wiedererkennt. Die Zusammensetzung der Duftstoffe im Nest veränderte sich außerdem im Lauf der Zeit: Mit jedem Flug der Biene wurden neue Duftkomponenten eingetragen, zum Beispiel in Form von Pollen und Nektar. Die Biene muss den Geruch ihres eigenen Nestes also kontinuierlich neu lernen.
So geht es mit dem Jungforscher weiter
Die Ergebnisse der Arbeit sind übrigens nicht nur für die Forschung von Interesse: Mauerbienen werden häufig als Nutztiere in der Landwirtschaft eingesetzt, zum Beispiel bei der Bestäubung in Gewächshäusern oder auf Obstplantagen. „Für die Haltung ist es wichtig zu wissen, wie Bienen sich orientieren und dass sie ihre Nester auch unter vielen anderen wiederfinden“, sagt Seidelmann.
Mit seiner Forschung stellte sich Frahnert bei „Jugend forscht“ in mehreren Runden dem Urteil des Gutachterteams. Mit Erfolg: Beim Bundeswettbewerb wurde er mit einem fünften Platz in der Kategorie Biologie belohnt. Und der Biologie bleibt er auch jetzt, mit dem Abi in der Tasche, treu: Zum Wintersemester 2021/22 hat er das Studium an der Friedrich-Schiller-Universität Jena begonnen. Damit ist er sehr wahrscheinlich einer der wenigen, wenn nicht der einzige Erstsemester seines Jahrgangs, der bereits Autor einer wissenschaftlichen Publikation ist: Frahnerts Ergebnisse erschienen in der Fachzeitschrift „Insects“.
