Nicht nur wir Menschen werden von Viren geplagt – ähnliches gilt auch für Honigbienen. Wie ein Bienenvirus es schafft, von einem Stock zum anderen weitergegeben zu werden, haben nun Forscher untersucht. Dabei zeigte sich: Innerhalb eines Bienenstocks scheinen die Insekten infizierte Tiere zu erkennen und zu meiden – sie betreiben sozusagen Social Distancing. Doch am Eingang zu einem fremden Stock werden infizierte Arbeiterinnen sogar bevorzugt behandelt, weil das Virus ihren Duft manipuliert. Die Wächterbienen verjagen sie dadurch nicht, sondern tauschen sogar Futter mit ihnen. Das wiederum begünstigt eine Übertragung des Virus auf die neue Kolonie.
Honigbienen haben es schwer: Imker beobachten, dass in den letzten Jahren immer mehr Bienenvölker zugrunde gehen. Neben Pestiziden und mangelndem Futter durch landwirtschaftliche Monokulturen führen Forscher dies vor allem auf den Befall mit der parasitischen Varroamilbe zurück. Diese vor Jahrzehnten aus Asien eingeschleppten Milben saugen das Blut von Bienenlarven, Puppen und Erwachsenen und schwächen ihre Abwehr. Hinzu kommt, dass die Parasiten oft Krankheitserreger übertragen, darunter das tödliche Flügeldeformationsvirus, aber auch andere Viren. Studien deuten darauf hin, dass sowohl die Milben wie auch die von ihnen übertragenen Erreger zwischen verschiedenen Bienenarten und auch zwischen verschiedenen Stöcken von Honigbienen verbreitet werden. Wie genau dies jedoch vonstattengeht und welche Rolle dafür möglicherweise Verhaltensänderungen infizierter und kranker Bienen spielen, war bislang unbekannt.
Social Distancing im Bienenstock
Das haben nun Amy Geffre von der Iowa State University in Ames und ihre Kollegen näher untersucht. Dafür nutzten sie ein automatisiertes System, mit dem sie die Bewegungen und das Verhalten von mehr als 900 individuell mit einem QR-Code markierten Honigbienen in drei Bienenstöcken kontinuierlich verfolgen und auswerten konnten. Im ersten Experiment infizierten die Forscher einige dieser Bienen mit einem nicht krankmachenden, aber die Immunabwehr stimulierenden DNA-Fragment oder aber mit dem Israeli Acute Paralysis Virus (IAPV). Dieses von der Varroamilbe übertragene Virus steht im Verdacht, in den USA entscheidend am Koloniesterben beteiligt zu sein. Anschließend beobachteten sie, ob sich das Verhalten der Bienen im Stock veränderte.
Es zeigte sich: Die Reaktion der gesunden Honigbienen im Stock veränderte sich sowohl gegenüber den mit dem Virus infizierten Bienen als auch den nur immunstimulierten Tieren. Zwar wurden die betroffenen Bienen nach wie vor intensiv mit den Antennen abgetastet, aber die sogenannte Trophallaxis – die gegenseitige Fütterung mit flüssiger Nahrung – blieb weitgehend aus. “Honigbienen nutzen die Trophallaxis um Nahrung miteinander zu teilen, aber auch Hormone und andere Signalmoleküle”, erklärt Co-Autor Gene Robinson von der University of Illinois in Urbana-Champaign. “Dieser Austausch geschieht durch paarweise Berührung der Mundteile und Antennen und jede Biene macht dies mit hunderten von Partnern am Tag.” Doch wie das Experiment belegte, erkennen die Bienen offenbar, wenn eine Artgenossin mit einem Erreger kämpft oder ihr Immunsystem aktiviert ist – und meiden ihn. “Wir denken, dass diese Verringerung der Trophallaxis ein adaptiver soziale Mechanismus ist, um eine Pathogen-Übertragung durch physischen Kontakt im Bienenstock zu reduzieren”, sagen die Forscher. Da diese Vermeidungsreaktion sowohl gegenüber den mit IAPV infizierten Bienen auftrat als auch gegenüber den nur immunstimulierten, ist diese Reaktion offenbar unspezifisch, wie die Wissenschaftler erklären.
(Video: University of Illinois)Zugang zum fremden Stock erleichtert
In einem weiteren Experiment untersuchten die Forscher, ob eine Infektion mit dem Bienenvirus auch das Verhalten von Honigbienen eines fremden Stocks gegenüber den infizierten Artgenossinnen verändert. “In modernen Imkereien werden Bienen oft in höheren Dichten gehalten als natürlicherweise – die Stöcke sind oft weniger als einen Meter voneinander entfernt”, erklären Geffre und ihre Kollegen. Manche Imker platzieren zur Bestäubung von Nutzpflanzen zeitweise hunderte von Kolonien in einer Obstplantage oder in einem Feld. Gleichzeitig weiß man aber aus früheren Beobachtungen, dass gerade geschwächte oder kranke Honigbienen sich oft auf dem Rückweg zu ihrem Stock verirren und dann vor fremden Bienenstöcken landen. Theoretisch könnte dies die Übertragung von Erregern und Varroamilben begünstigen. Wie sich die Wächterbienen gegenüber solchen Fremdlingen verhalten, ist daher entscheidend. Um das zu testen, platzierten die Forscher entweder gesunde, immunstimulierte oder aber mit IAPV infizierte Arbeiterinnen vor die Öffnung eines fremden Stocks.
Ihre Beobachtungen ergaben: Die gesunden und die nur immunstimulierten Arbeiterinnen wurden von den Wächterbienen des fremden Stocks betastet und als fremd erkannt. Die Wächterinnen bedrohten sie und ließen sie nicht in den Stock. Anders dagegen bei den infizierten Arbeiterinnen: “Wir stellten fest, dass die mit IAPV infizierten Bienen signifikant weniger Aggression erlebten”, berichten die Forscher. “Gleichzeitig riefen diese Bienen bei den Wächtern mehr Grooming und Trophallaxis hervor.” Offenbar erkannten die Wächterbienen diese Arbeiterinnen nicht als fremd und behandelten sie eher wie eine Stockgefährtin. “Irgendwie schaffen es die infizierten Bienen, die Abwehrreaktion der Wachen am fremden Stock zu umgehen”, sagt Co-Autor Adam Dolezal von der University of Illinois. Das jedoch erhöhe die Wahrscheinlichkeit, dass das IAPV-Virus auf den fremden Stock übertragen werde.
Manipulation des Dufts
Im Gegensatz zur veränderten Reaktion der Honigbienen innerhalb eines Bienenvolks, scheint die Reaktion fremder Artgenossinnen zudem spezifisch für mit IAPV infizierten Honigbiene zu sein. “Irgendetwas an ihnen muss anders sein”, so Dolezal. Um herauszufinden, woran die Honigbienen die infizierten Artgenossinnen erkannten, analysierten die Forscher die auf dem Panzer der Tiere vorhandenen Kohlenwasserstoffe – Duftstoffe, über die die Bienen unter anderem die Stockzugehörigkeit und den Zustand ihrer Artgenossinnen erkennen. Und tatsächlich zeigten sich auffallende Unterschiede bei acht dieser Verbindungen. “Die Infektion resultierte in einem Molekül-Profil, das sich von dem der Kontrollen und der immunstimulierten Bienen unterschied”, berichten Geffre und ihr Team. “Das Virus verändert offenbar den Geruch der Bienen.” Das könnte erklären, warum die Wächter am Stockeingang weniger aggressiv auf die infizierten Arbeiterinnen reagierten als auf gesunde Fremdlinge.
Gleichzeitig demonstrieren diese Ergebnisse, wie ein krankmachendes Virus seinen Wirt manipulieren kann, um die eigene Verbreitung zu optimieren. “Für ein Virus ist es weit vorteilhafter, in eine neue Gruppe von Wirten übertragen zu werden – wie beispielsweise von einer Stadt zur anderen”, erklärt Dolezal. “Und wie macht man das? Im Fall von IAPV erhöht man die Chance, dass eine infizierte Biene von Stock A Zugang zu Stock B erhält.”
Quelle: Proceedings of the National Academy of Sciences, doi: 10.1073/pnas.2002268117
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