Soziale Insekten wie Honigbienen und Hornissen haben sich entstehungsgeschichtlich aus solitärlebenden Wespen entwickelt. Soziale Insekten zeigen häufig ein altersspezifisches Verhalten: Wenn sie das Puppenstadium beendet haben, spezialisieren sich die geschlüpften Arbeiterinnen in der Regel rund um die Uhr in der Dunkelheit des Nestes auf bestimmte Aufgaben, beginnend mit der Brutpflege. Mit zunehmendem Alter verlagern sich ihre Aufgaben jedoch allmählich zu zyklischeren Aufgaben von der Mitte des Nestes weg und gipfeln gegen Ende ihres Lebens in der Nahrungssuche im Freien, bei Tageslicht. Wissenschaftlerinnen haben Hinweise gefunden, dass diese Verschiebung zu den rhythmischen Aufgaben bei Solitärbienen nicht auftritt und dies auf eine langsamere Entwicklung der inneren circadianen Uhr sozialer Honigbienen im Vergleich zu Solitärbienen zurückzuführen ist.

Die Forscherinnen stellten fest, dass bei der Rostroten Mauerbiene Osmia bicornis, bei der Weibchen jeden Alters nach Nahrung für die Nachkommen suchen, Weibchen und Männchen gleichermaßen mit voll funktionsfähigen circadianen Uhr aus dem Puppenstadium hervorgehen, wie ihr 24-Stunden-Bewegungsrhythmus und die Aktivität der Gehirnzellen zeigen, die das Protein Pigment-Dispersing Factor (PDF) produzieren.

„Unsere Ergebnisse zeigen, dass die Reifung der circadianen Uhr bei sozialen Honigbienen im Vergleich zu solitären Mauerbienen verzögert ist. Wir gehen davon aus, dass die schnelle Reifung der circadianen Uhr eine Ahnenbedingung ist und bei Solitärbienen und -wespen zu finden ist, die sich alle über ihre gesamte Lebensdauer um Nahrung und Brutpflege kümmern müssen. Im Gegensatz dazu kann sich bei sozialen Arten eine Verzögerung der Reifung sekundär entwickelt haben, um altersbedingte Verhaltensänderungen von der azyklischen Brutpflege zur täglichen Nahrungssuche zu ermöglichen“, so Dr. Katharina Beer von der Julius-Maximilians-Universität Würzburg.

Die Rostrote Mauerbiene ist ein wichtiger Bestäuber in der Landwirtschaft und kommt in Europa, Nordafrika und im Nahen Osten vor. Anders als bei sozialen Insekten gibt es keine unfruchtbare Arbeiterkaste: Weibchen überwintern in ihrem Geburtsnest, um im Frühjahr zu schlüpfen, sich zu paaren und neue Nester anzulegen. Die Weibchen suchen auf vielen verschiedenen Pflanzenarten nach Pollen und Nektar, die sie in einer Reihe versiegelter Zellen hinterlassen und ein einziges Ei pro Zelle legen.

Solitärbienen benötigen direkt funktionierende innere Uhr

Katharina Beer und Charlotte Helfrich-Förster sammelten junge Bienen – 40 Arbeiterinnen der Westlichen Honigbiene Apis mellifera und 56 Weibchen sowie 31 Männchen aus Puppenkokons der Rostroten Mauerbiene – und überwachten diese mithilfe separater Röhrchen, in denen die Aktivität der Bienen aufgezeichnet werden konnte. In der Mitte jedes Röhrchens kreuzten sich Infrarotstrahlen, die bei jeder Bewegung einer Biene unterbrochen werden. Durch die Registrierung des Aktivitätsmusters bei Dunkelheit und konstanter Temperatur rund um die Uhr für 3 bis 45 Tage nach dem Schlüpfen der Bienen konnten die Forscherinnen den Rhythmus jeder Biene ableiten.

Die Ergebnisse zeigten, dass keine der Honigbienen nach dem Schlupf direkt einen 24-Stunden-Rhythmus zeigte, unabhängig vom Grad des Kontakts mit dem eigenen Volk. Dieser 24-Stunden-Rhythmus stellte sich erst im Alter von zwei Tagen ein.
Fast alle weiblichen und männlichen Rostroten Mauerbienen zeigten jedoch unmittelbar einen 24-Stunden-Rhythmus.
Die Wissenschaftlerinnen schließen daraus, dass solitär lebende Rostrote Mauerbienen mit einer funktionellen endogenen circadianen Uhr entstehen.

Was aber ist die neuronale Basis für diesen Unterschied? Um diese Frage zu beantworten, verwendeten die Forscherinnen die Immunhistochemie, um die Reifung der Neuronen, die das Protein Pigment-Dispersing Factor synthetisieren, in beiden Spezies zu vergleichen. Durch Einfärben konnten sie die PDF-produzierenden Neuronen in jeder Gehirnhälfte in verschiedenen Altersstufen zählen. Bei Honigbienen nahmen sie mit dem Alter stetig zu, bei der Rostroten Mauerbienen jedoch nicht.

Die beiden Studienautorinnen kommen zu dem Schluss, dass der circadiane Schrittmacher in neu geschlüpften Rostroten Mauerbienen voll ausgereift ist, sich jedoch bei Honigbienen entwickeln muss, um voll aktiv zu werden. Diese Verzögerung ist wahrscheinlich eine evolutionäre Anpassung an die Sozialität, bei der junge Bienen rund um die Uhr für ihre Geschwister im Larvenstadium sorgen müssen.

„Es wird am interessantesten sein, ähnliche Studien an anderen sozialen Insekten wie Ameisen durchzuführen, die verschiedene Formen des Sozialverhaltens aufweisen: Einige zeigen altersbedingtes Verhalten wie bei Honigbienen, andere nicht. Wenn wir ähnliche Unterschiede in der Entwicklung der endogenen Uhr in Abhängigkeit der verschiedenen sozialen Strukturen dieser Ameisenarten finden, wird dies unsere Hypothese stark stützen“, schließt Charlotte Helfrich-Förster.