Hitze kann Spermien quer durch das gesamte Tierreich abtöten. Dabei gibt es jedoch nur wenige Möglichkeiten, die Auswirkungen von Hitze auf Bestäuber wie Honigbienen zu überwachen, die für Ökosysteme und die kommerzielle Landwirtschaft auf der ganzen Welt von entscheidender Bedeutung sind.

In einer Studie nutzten Forscher die Massenspektrometrie, um in Honigbienen-Königinnen gespeicherte Spermien zu analysieren, und fanden fünf Proteine, die aktiviert werden, wenn die Königinnen extremen Temperaturen ausgesetzt sind.

Die Proteine könnten als Instrument zur Überwachung des Hitzestresses bei Bienenköniginnen verwendet werden und als Grundlage für größere Fruchtbarkeitsverluste von Insekten aufgrund des Klimawandels dienen.

„Genau wie Cholesterinspiegel verwendet werden, um das Risiko von Herzerkrankungen beim Menschen anzuzeigen, könnten diese Proteine anzeigen, ob eine Bienenkönigin unter Hitzestress leidet“, erklärt die Studienautorin Alison McAfee von der Universität Britsh Columbia. „Wenn bei Bienen Hitzeschockmuster auftreten, müssen wir uns wirklich Sorgen um andere Insekten machen.“

Obwohl Honigbienen im Vergleich zu anderen Insekten als ziemlich widerstandsfähig gelten, können sie ein nützliches Hilfsmittel sein: Sie wurden vom Menschen auf der ganzen Welt verbreitet und können leicht untersucht werden.

Die Forscher interessierten sich besonders für Bienenköniginnen, da ihre Fortpflanzungsfähigkeit direkt mit der Produktivität einer Kolonie zusammenhängt. Wenn das von einer Königin gespeicherte Sperma beschädigt ist, kann sie „versagen“ - wenn sie nicht mehr über genug lebendes Sperma verfügt, um genügend Drohnen und Arbeiterbienen zu produzieren.

„Wir wollten herausfinden, was ‚sichere‘ Temperaturen für Bienenköniginnen sind und zwei mögliche Wege zur Hitzeexposition untersuchen: während des Routineversandes und innerhalb von Völkern“, so Alison McAfee. „Diese Informationen sind wirklich wichtig für Imker, die oft nicht wissen können, in welchem Zustand sich die Königinnen befinden. Das kann sich sehr dramatisch auf ihre Qualität und die Qualität ihrer Kolonien auswirken.“

15 bis 38 Grad Celsius sind für Königinnen sicher

Zuerst stellten die Wissenschaftler fest, wie hoch die Schwelle für einen Ausfall von Königinnen ist und wie viel Hitze sie aushalten.

„Unsere Daten legen nahe, dass Temperaturen zwischen 15 und 38 Grad Celsius für Königinnen sicher sind“, berichtet Alison McAfee. „Über 38 Grad sank der Prozentsatz lebender Spermien auf oder unter das Niveau, das wir bei gescheiterten Königinnen sehen, im Vergleich zu gesunden Königinnen, was einem Rückgang von 11,5 Prozent gegenüber den normalen 90 Prozent entspricht.“

Die Forscher platzierten dann Aufzeichnungsgeräte für die Temperatur in sieben Sendungen mit Königinnen – eine wurde per Lufttransport befördert. Sie fanden heraus, dass ein Paket einen Temperaturanstieg auf 38 Grad Celsius aufwies, während eines auf vier Grad Celsius abfiel.

„Diese Ergebnisse können dazu beitragen, bessere Richtlinien für den sicheren Transport von Bienenköniginnen zu erstellen und Käufern und Verkäufern dabei zu helfen, die Qualität von Königinnen zu verfolgen“, erläutert Professor Leonard Foster von der Universität British Columbia.

Während man Bienenvölkern nachsagt, die Temperatur in Bienenstöcken optimal zu regulieren, wollten die Forscher wissen, wie stark die Temperatur tatsächlich schwankte. Sie zeichneten die Temperaturen in drei Bienenstöcken im August in El Centro, Kalifornien, auf, als die Umgebungstemperatur im Schatten unter jedem Bienenstock bis zu 45 Grad Celsius erreichte.

Sie fanden heraus, dass in allen drei Bienenstöcken die Temperaturen an den beiden äußersten Rähmchen zwei bis fünf Stunden lang auf 40 Grad Celsius anstiegen, während in zwei der Bienenstöcke die Temperaturen 38 Grad Celsius überstiegen, auch in der Nähe des Zentrums.

„Dies zeigt uns, dass die Fähigkeit einer Kolonie zur Thermoregulierung bei extremer Hitze zusammenbricht und Königinnen selbst im Bienenstock anfällig für Hitzestress sein können“, so Jeff Pettis.

Nachdem diese Schlüsselparameter festgelegt wurden, wollen die Forscher die Verwendung der Proteinsignatur zur Überwachung des Hitzestresses bei Bienenköniginnen weiter verfeinern.

„Proteine können sich leicht ändern, daher möchten wir herausfinden, wie lange diese Signaturen bestehen und wie sich dies auf unsere Fähigkeit auswirken kann, diese Hitzestressereignisse zu erkennen“, so Alison McAfee. „Ich möchte auch herausfinden, ob wir ähnliche Marker für die Kälte- und Pestizidexposition identifizieren können, damit wir evidenzbasiertere Managemententscheidungen treffen können. Wenn wir dieselben Marker als Teil eines umfassenderen Biomonitoring-Programms verwenden können, ist dies doppelt so nützlich.“