Bienen beherrschen höhere Mathematik

Britische Wissenschaftler der Universität von Sheffield haben herausgefunden, dass Bienen nicht nur einfache, sondern auch höhere Mathematik beherrschen. Beim Nektarsammeln wenden die Tiere zahlreiche stochastische Regeln an, um die Ausbeute zu maximieren.

Schon seit einiger Zeit war bekannt, dass Bienen Zahlen unterscheiden und einfache Rechenaufgaben lösen können, obwohl sie nur über ein stecknadelkopfgroßes Gehirn verfügen. Jetzt fanden Forscher um den IT-Spezialisten HaDi MaBouDi heraus, dass sie auch Wahrscheinlichkeitsrechnungen anstellen, um sich bei der Futtersuche für die vielversprechendste Blüte zu entscheiden.

Methodisch präsentierten die Forscher Bienen bunte Scheiben in fünf verschiedenen Farben an. Je nach Farbe enthielten die Scheiben unterschiedlich häufig einen Tropfen Zuckerwasser oder einen Tropfen bittere Flüssigkeit, die den Bienen unangenehm war. In einer Trainingsphase erhielten die Bienen die Gelegenheit, die Belohnungswahrscheinlichkeiten der jeweiligen Farben auszutesten. Dazu ließen sie sie jeweils zwei Farben mit unterschiedlicher Erfolgsquote gleichzeitig ausprobieren.

Vorab rechneten die Forscher mit zwei unterschiedlichen Vorgehensweisen der Tiere: Eine wäre es, ausschließlich die Farbe mit der höchsten Erfolgswahrscheinlichkeit zu wählen. Dafür müssten die Bienen die Farben nach ihren Erfahrungen in eine Rangfolge einordnen. Die zweite wäre es, die vielversprechendste Farbe zwar am häufigsten zu wählen, aber auch andere Farben immer wieder auszuprobieren. In diesem Fall müssten die Bienen die Farben nicht vergleichen, sondern sich für jede Farbe die Erfolgswahrscheinlichkeit merken.

Der Praxistest ergab, dass Bienen die zweite Strategie verfolgen. Das galt sowohl für bekannte Farbkombinationen aus der Trainingsphase, als auch für Farben, die die Bienen im Training nur in Kombination mit anderen Farben, aber nicht miteinander erlebt hatten. Dadurch war den Wissenschaftlern klar, dass Bienen keine Rangfolge der Farben erstellen, sondern tatsächlich für jede einzelne Farbe die Wahrscheinlichkeit einer Belohnung hochrechnen. Die Strategie gilt als kognitiv weniger aufwändig, kann aber bessere Ergebnisse liefern. Denn wenn Wahrscheinlichkeiten von vornherein bekannt und unveränderlich sind, ist es am erfolgversprechendsten, immer die Blütenart zu wählen, die am ehesten eine Belohnung bereithält. Wenn aber erst während des Sammelflugs erkundet wird, wo am meisten Nektar angeboten wird, ist es sinnvoll, das Sammeln an vielversprechenden Blüten mit der Erforschung neuer Quellen zu kombinieren.

Um ihre Theorie zu untermauern, modellierten die Forscher am Computer ein neuronales Netz, das das Lernzentrum im Gehirn der Bienen imitiert. Sie trainierten dieses neuronale Netz mit der gleichen Kombination aus positiver und negativer Verstärkung, die sie zuvor mit Hilfe von Zuckerwasser und bitterer Flüssigkeit bei den Bienen eingesetzt hatte. Im Anschluss sollte es die gleichen Aufgaben lösen.

Und tatsächlich: Die Ergebnisse waren denen der echten Bienen sehr ähnlich. Ein Ranking der verschiedenen Stimuli ist demnach tatsächlich nicht notwendig, um das Verhalten der Insekten nachzubilden. Es genügt, anhand von Verstärkungslernen die jeweiligen Wahrscheinlichkeiten isoliert zu betrachten. Mit sehr simplen kognitiven Methoden gelingt es Honigbienen demnach, sich in komplexen Entscheidungssituationen optimal zu verhalten. 

https://royalsocietypublishing.org/doi/10.1098/rspb.2020.1525

Studie zu Nahrungskonkurrenz von Honigbienen und Hummeln

Als häufige und weit verbreitete Bienen sieht man im Sommer sowohl Hummeln als auch Honigbienen auf der Suche nach derselben Blumenart, sei es in Großbritannien oder vielen anderen Ländern. Forscher der University of Sussex haben jetzt jedoch herausgefunden, dass verschiedene Bienen bestimmte Blumenarten dominieren, und warum.

Durch die Untersuchung von 22 Blumenarten in Südengland und die Analyse des Verhaltens von mehr als 1.000 Bienen fanden sie heraus, dass "Energieeffizienz" ein Schlüsselfaktor ist, wenn es um Konkurrenz geht.

Die Wissenschaftler definierten "Energieeffizienz" wie folgt: Körpergewicht der Biene plus Häufigkeit, mit der eine Biene Blumen besucht, ergeben ihre Energieeffizienz. Das Körpergewicht bestimmt die Energie, die beim Fliegen und Gehen zwischen Blumen verbraucht wird, wobei eine doppelt so schwere Biene doppelt so viel Energie verbraucht. Die Häufigkeit, mit der eine Biene Blumen besucht, die Anzahl der Blüten pro Minute, bestimmt, wie viel Nektar und damit Energie sie sammelt. Zusammen bestimmt das Verhältnis dieser Faktoren die Energieeffizienz der Bienen bei der Nahrungssuche.

Francis Ratnieks, Professor für Imkerei, sagte: "Während sie auf den gleichen Blumen nach Nahrung suchen, stellen wir häufig fest, dass Hummeln bei einer bestimmten Blumenart zahlenmäßig den Honigbienen überlegen sind, während das Gegenteil bei einer anderen Art in der Nähe zutrifft." Es sei bemerkenswert gewesen, dass die Energieeffizienz der Tiere die Unterschiede bei der Nahrungssuche fast vollständig erklärten. 

"Im Wesentlichen haben Hummeln gegenüber Honigbienen den Vorteil, dass sie Blumen schneller besuchen, also mehr Nektar, also Energie, sammeln können", erklärte Ratnieks weiter. "Zugleich haben sie aber den Nachteil, dass sie größer sind und mehr Nektarenergie für ihre Nahrungssuche benötigen. Einigen Blumenarten verschafft dies bei Hummeln einen allgemeinen Vorteil, bei anderen jedoch den Honigbienen."

Für die Studie ermittelten die Forscher mit Stoppuhren, wie viele Blüten eine Biene in einer Minute besucht. Mit einer tragbaren elektronischen Waage zum Wiegen jeder Biene fanden die Forscher heraus, dass Hummeln im Durchschnitt fast doppelt so schwer sind wie Honigbienen. Damit verbrauchen sie fast doppelt so viel Energie wie Honigbienen. Die Stoppzeiten zeigten, dass sie Blumen doppelt so häufig besuchen wie Honigbienen - was in Bezug auf die Energieeffizienz den Nachteil wieder ausgleicht. Bei einigen Blumenarten, zum Beispiel Lavendel, bei denen Hummeln dominierten, besuchten sie die Blüten sogar fast dreimal so häufig wie Honigbienen.

Erika-Heide

Zudem hatten die Unterschiede in der Morphologie der Blüten großen Einfluss darauf, wie energieeffizient die beiden Bienenarten waren. Für die flinke Honigbiene war die Ling-Heide mit ihren vielen kleinen Blüten besser geeignet. Im Gegensatz dazu hat die Erika-Heide, die Forscher neben der Lein-Heide im selben Naturschutzgebiet gefunden haben, große glockenförmige Blüten und war besser für Hummeln geeignet. Nick Balfour. Co-Autor der Studie, hielt fest: "Die Energieeffizienz der Nahrungssuche ist für Bienen besonders wichtig. Die Forschung zeigte, dass die Bienen einen herausfordernden Drahtseilakt in Sachen Energie leisten; die Hälfte der Energie, die sie aus dem Nektar erhielten, wird wieder für ihren Sammelflug aufgewendet." 

Energie - bei Bienen in Form von Nektar - ist ein grundlegendes Bedürfnis aller Bienen. Aber Energieeffizienz belegt, dass Honigbienen und Hummeln nicht direkt um Nektar konkurrieren. Sie seien also keine Nahrungsmittelkonkurrenten, und das sei auch für den Arterhalt "beruhigend", betonte Francis Ratnieks. Während Hummeln bei einigen Pflanzen einen Vorteil hätten und diese dominierten, herrschten Honigbienen bei anderen Pflanzen vor: "Der Bienenschutz profitiert  von der Blütenvielfalt, daher sollte dies sicherlich ein Schwerpunkt der Bemühungen zum Bienenschutz sein. Blütenpflanzen sind zum Glück vielfältig."

Balfour ergänzte noch: "Ob Sie einen Blumenkasten, eine Kleingartenanlage oder einen Garten haben, das Pflanzen einer Vielzahl von sommerblühenden Blumen oder das seltenere Mähen Ihres Grases kann den Bestäubern im Spätsommer wirklich helfen."

Kurzer Ausflug ins Tierreich

Schiebe einmal Deine Sitzungen, Telefonate und Emails zur Seite. Wenigsten für die nächsten Minuten, weil Du heute zur Biene wirst.

Es ist höchste Zeit, Deinen Stock oder Deine Erdhöhle zu verlassen und nach Pollen zu suchen. Pollen ist das Zeug, das Blumen zur Vermehrung verwenden. Aber für Dich, Deine Kolleginnen und Deinen Nachwuchs ist es vielmehr lebenswichtige Nahrung. Wenn Du dann Pollen für zu Hause gesammelt hast, werden Du und Deine Kolleginnen ihn mit Wasser und Nektar, den andere Bienen gesammelt haben, mischen und im Stock lagern.

Bild: Mabel Amber, still incognito...

Aber wie entscheidest Du, welche Blumen Du überhaupt anfliegst? Was zieht Dich an? In einem Artikel des Magazins "Functional Ecology" haben Forscher sich gefragt: Wie sieht eine Blume aus dem Blickwinkel einer Biene aus? Und welche Erfahrungen macht der Bestäuber beim Pollensammeln? Deshalb sprechen wir Dich in der zweiten Person an: Um Bienen wie Dir klar zu machen, wie Du auf der Suche nach Pollen alle Deine Sinne einsetzt - den Gemackssinn, den Tastsinn, den Geruchssinn und noch mehr! Sie alle helfen Dir bei der Entscheidung, was Du sammelst und nach Hause bringst. Vielleicht bist Du schon bereit, Pollen zu sammeln? Aber weißt Du überhaupt, wo Du suchen musst?

Wenn Du eine Honigbiene bist, behalte einfach Deine Kolleginnen im Stock im Blick, wenn sie von ihrem jüngsten Sammelflug zurückkehren. In ihrem Tanz geben sie Dir Hinweise, wo gute Pollenplätze sind. Sei besonders aufmerksam, wenn Deine Freundin Figuren in Form einer Acht tanzt. Sie wird sich dabei an der Kreuzung der Linien schütteln: Und der Winkel dieser Bewegung verrät Dir, in welche Richtung Du ausfliegen musst. Das Tempo der Bewegung sagt Dir, wie weit Du fliegen musst. Aber Honigbienen tanzen nicht ausschließlich für gutes Material, deshalb darfst Du Deinen Schwestern nicht bedingungslos vertrauen. Wenn das Pollenangebot gerade schwach ist, tanzen sie nämlich auch für Kartoffelstärke. Und die ist widerlich!

Östliche Honigbiene, Bild: skeeze (Pixabay)

Dein Geruchssinn ist so mächtig, dass er Dich alles über Pollen lehrt und Dir sofort jede bisher getroffene Art wieder in Erinnerung ruft. Deshalb ziehen Dich Blumen mit Pollen an, besonders Sorten, die Du schon kennst. Für Beobachter wird dadurch klar, dass Du Pollen schon von weitem ausmachen kannst und Dich an seinen Duft erinnerst. Und das ist noch nicht alles. Vermutlich ist Dir eine bestimmte Mischung aus Gerüchen am liebsten, wie Laborversuche zeigen, in denen Zucker zur Belohnung ausgesetzt ist. Wissenschaftler rätseln immer noch, ob Du die Aminosäuren riechst, aus denen Pollen zusammengesetzt ist, und ob Du allein am Geruch erkennst, welche Blumen über mehr Pollen verfügen. Handelt es sich um Nektar, kannst Du das über wirklich weite Distanzen - indem Du über den Geruch, den andere Bienen vor Dir hinterlassen haben, analysierst, ob es sich noch lohnt, die Quelle anzufliegen. Schließlich weißt Du ganz genau, dass Du Deine Zeit nicht an einer geplünderten Energiequelle verschwenden willst. Hast Du dieselben Fähigkeiten bei Pollen?
Möchtest Du mehr über Pollen und Nektar wissen? Wir haben viel darüber diskutiert...

Dabei könnte der Geruchssinn gar nicht Dein stärkster sein. Deine Augen sind klein und Du bist ziemlich kurzsichtig. Aber Du kannst Farben unterscheiden, sie mit Pollenquellen verbinden und Deine gesammelten Erkenntnisse bis zu eine Woche lang abspeichern. Vermutlich schaust Du Dir die gesamte Blüte an, nicht nur einen Teil von ihr. Weil Du auf Qualität achtest. Als Forscher einmal die Blütenblätter und die Stempel von künstlichen Blumen bemalt und mit Pollen als Belohnung bestäubt haben, fanden sie heraus, dass Hummeln eher von bunten Blütenblättern angezogen wurden, nicht von den Stempeln. Vermutlich, weil die Blätter größer und dadurch auffälliger waren. Das könnte auch auf Dich zutreffen.

Pelzbiene aus Montana (USA), Bild: skeeze (Pixabay)

Bei jedem Sammelflug gibt es bestimmte Rituale, die Du und Deine Freundinnen immer ausführen, wie eine Art Streicheln, Putzen oder Verkleben. Hummeln und Holzbienen schütteln etwa Pollen bestimmter Blumen aus deren Stempel. Sie entscheiden ganz gezielt, wie lange oder fest sie rütteln, um nur so viel zu lockern, wie sie auch tragen können. Die Haare an Deinen Hinterbeinen sind deshalb besonders druckempfindlich, damit Du genau weißt, wie viel Pollen Du schon gepackt hast. Vermutlich kannst Du auch fühlen, wie groß die Pollenhöschen sind und welche Form sie haben. Vielleicht hast Du auch spezielles Wissen, wie Du die einzelnen Pollenarten am besten verklebst, um sie für den Flug zu ertüchtigen.

Wissenschaftler haben auch schon herausgefunden, dass Du Dir Tasterfahrungen gut merken kannst. Deshalb glauben sie, dass Du diese ritualisierten Bewegungen extra auf Blumen ausführst, um Deine Erinnerungen abzuspeichern. Die meisten von Euch halten sich an Pollen und Blumen, die Ihr kennt, weil es viel Arbeit macht, deren Produkte zu verarbeiten. Momentan wird gemunkelt, dass Ihr Euch absichtlich daran gewöhnt, bekannten Pollen aus bekannten Blumen in Eurer Körperbehaarung zu lagern, um sowohl beim Aufsammeln als auch beim Transport und der späteren Verarbeitung gleich das Richtige zu tun. Und doch seid Ihr nicht allzu festgelegt. Nach einer Weile konzentriert Ihr Euch auf neue Pollenarten, besonders wenn das Angebot des bisherigen schwächer wird. Dann gewöhnt Ihr Euch einfach neue Tricks an.
Du lebst in einer Welt bunter Blumen und ihrer überwältigenden Gerüche! Also geh' raus, hol' einmal tief Luft - und nimm Deine Arbeit wieder auf.

Englischer Originaltext von Joanna Klein, Wissenschaftsjournalistin, erschienen in der New York Times.