Nicht alle Bienenarten sind von der Intensivierung der Landwirtschaft nachteilig betroffen. Ihre Leidenschaft für Kürbisse und Zucchini der Gattung Cucurbita und die massive Zunahme des Anbaus dieser Pflanzen in ganz Nordamerika in den letzten 1.000 Jahren hat der Östlichen Kürbisbiene Eucera pruinosa zu einem massiven Zuwachs ihrer Population verholfen.

Während die Bestäuberpopulationen vieler Arten weltweit stark zurückgehen, bricht Eucera pruinosa als Folge der Intensivierung der Landwirtschaft aus diesem Schema aus.

„Wenn wir an Insekten denken, die von der weit verbreiteten Landwirtschaft profitieren und sich daran anpassen, denken wir eher an Schädlinge wie bestimmte Arten von Motten, Fliegen und Käfern“, erklärt Professorin Margarita López-Uribe von der Pennsylvania State Universität. „Aber die Auswirkungen der landwirtschaftlichen Intensivierung auf die Entwicklung nützlicher Bestäuber sind kaum bekannt. Wir fanden heraus, dass die Landwirtschaft die Zunahme der Populationsgröße dieser Kürbisbiene erleichterte, und dies könnte auch für andere Insektenbestäuber der Fall sein.“

Die Studie ist wohl die erste, die Anpassungsprozesse eines Insektenbestäubers als Reaktion auf menschliche landwirtschaftliche Praktiken identifiziert hat.

„Die Bestäubung ist ein so wichtiger Prozess, der so viele unserer Lebensmittel beeinflusst. Zu verstehen, wie Menschen diesen Prozess und Bestäuber – durch Landwirtschaft, Urbanisierung und auf andere Weise – beeinflusst haben und weiterhin beeinflussen, ist der Schlüssel zur Gewährleistung der Ernährungssicherheit“, erläutert Sam Scheiner von der U. S. National Science Foundation. „Diese Forschung zeigt, wie die Domestizierung von Pflanzen wichtige indirekte Auswirkungen auf Organismen haben kann, die diese Pflanzen bestäuben.“

Historisch betrachtet war die Hauptquelle der Östlichen Kürbisbiene für Pollen einst der wilde Büffelkürbis Cucurbita foetidissima, der vor allem in den Wüsten Mexikos und im Südwesten der Vereinigten Staaten wuchs. Als eine der „Drei Schwestern“, zu denen Mais und Bohnen zählen, war Kürbis eine bedeutende Pflanze für die indigenen Völker Amerikas.
Vor etwa 5.000 Jahren begannen die indigenen Völker der östlichen Wälder damit, einen Verwandten von C. foetidissima zu domestizieren: C. pepo. Der weit verbreitete Anbau der daraus resultierenden Kürbisgewächse begann später, vor etwa 3.000 Jahren, und wurde vor etwa 1.000 Jahren mit der Einführung von Mais in die landwirtschaftlichen Systeme Nordamerikas intensiviert.

„Durch das Anpflanzen von Kürbissen in ganz Nordamerika haben die Menschen einen Lebensraum für die Kürbisbiene geschaffen, und das ließ ihre Population explodieren“, so Margarita López-Uribe. „Heute kommt die Kürbisbiene in den Vereinigten Staaten und im Südosten Kanadas vor – weit über die Reichweite ihrer ursprünglichen Nahrungsquelle hinaus.“

In ihrer Studienarbeit sequenzierte das Team der Wissenschaftler das Genom der Biene, um die Evolution der Kürbisbiene als Reaktion auf die Intensivierung des Kürbisanbaus zu untersuchen. Die Forscher suchten nach der genetischen Vielfalt innerhalb und zwischen den verschiedenen Populationen der Biene und ebenso nach unterschiedlichen Anpassungen. Eine Abnahme der genetischen Vielfalt, erklärte López-Uribe, kann auf „selektive Sweeps“ hinweisen – oder auf den Prozess, durch den neue nützliche Mutationen an Häufigkeit zunehmen und gefestigt werden.

In einem nächsten Schritt entwickelte das Team einen Algorithmus, um die Migration der Bienen und die Populationsgrößen über die Populationen hinweg abzuschätzen.

Die Forscher fanden heraus, dass der Übergang der Biene von der Ernährung an den ursprünglich ausschließlich wilden Pflanzen in Wüstengebieten zu gemäßigten landwirtschaftlichen Lebensräumen mit selektiven Sweeps verbunden war, was zu einer erheblichen Verringerung der genetischen Vielfalt in einigen Teilen des Genoms verbunden war.

„Fast 20 % des Bienengenoms scheinen mit diesen Sweeps in Verbindung zu stehen“, so Margarita López-Uribe.

Besonders verbunden waren mit den selektiven Sweeps Veränderungen in Genen, die mit der Übersetzung chemischer Signale aus der Umwelt in neurologische Signale verbunden sind, damit sie entsprechend interpretiert werden können. Bei der Kürbisbiene bezieht sich diese so genannte Chemosensation auf die Fähigkeit, von Blüten produzierte Geruchsverbindungen zu interpretieren.

„Domestizierte Cucurbita-Pflanzen produzieren Geruchsmischungen, die einfacher sind als die der wilden Cucurbita-Pflanze“, erklärt Margarita López-Uribe. „Es ist wahrscheinlich, dass sich E. pruinosa an eine neue sensorische Umgebung in landwirtschaftlichen Lebensräumen angepasst hat, was es ihr ermöglichte, das Verbreitungsgebiet zu erweitern und die Populationsgröße erheblich zu erhöhen.“