Die Fähigkeit von Bienen, mit Temperaturextremen umzugehen, bestimmt ihre Möglichkeiten, in einem wärmer werdenden Klima bestehen zu können. Die Hitzetoleranz ist jedoch kein feststehender Wert, sondern variiert zwischen und innerhalb von Populationen.

Ein Forschungsteam hat die physischen Merkmale der Kürbisbiene Xenoglossa pruinosa – etwa geschlechtsspezifische Unterschiede in der Körpermasse –, die Intensität vorhandener Krankheitserreger und das lokale Klima untersucht, um zu verstehen, wie diese Merkmale mit Umweltbedingungen, Krankheitserregern und anderen Faktoren interagieren.

„Kleinkörperige, ektotherme – oder kaltblütige – Insekten gelten als äußerst anfällig für Klimaveränderungen, da ihre Fähigkeit, die richtige Körpertemperatur aufrechtzuerhalten, von äußeren Bedingungen abhängt“, so Studienautorin Laura Jones, aktuell an der Universität Texas in Austin. „Zu verstehen, wie Organismen Temperaturextreme tolerieren, ist entscheidend für die Einschätzung der Bedrohung, die der Klimawandel für die Verbreitung und den Fortbestand der Arten darstellt.“

Das Interesse an der Untersuchung von Hitzetoleranz und Akklimatisierungsfähigkeiten bei Ektothermen steigt angesichts sich ändernder abiotischer Bedingungen wie der Umgebungstemperatur.

„Aber nur wenige Studien haben biotische Auswirkungen, wie zum Beispiel eine Infektion mit Krankheitserregern, auf die thermische Toleranz in natürlichen Populationen in Kombination mit abiotischen Faktoren untersucht“, erklärt Laura Jones weiter. „Darüber hinaus können körperliche Merkmale wie Körpergröße oder Fettgehalt Einfluss darauf haben, wie Organismen die Temperatur tolerieren. Daher ist es wichtig, bei der Bewertung der Hitzetoleranz von Populationen den individuellen Zustand sowie die abiotischen und biotischen Faktoren zu berücksichtigen, denen Individuen in natürlichen Umgebungen ausgesetzt sind.“

Die Kürbisbiene ist als Bestäuberin von Kürbisgewächsen solitär lebend, die geschlechterspezifische Unterschiede in Physiologie und Verhalten aufweist. Die Weibchen sind größer als die Männchen und sie sammeln morgens bis mittags Pollen für den Nachwuchs. Die Weibchen nisten unter der Erde, was sie vor Schwankungen der Lufttemperatur schützt, obwohl die Bodenbeschaffenheit den Grad der thermischen Pufferung beeinflussen kann, da sandige Böden eine geringere Wärmekapazität aufweisen.

Im Gegensatz dazu sind die Männchen kleiner, suchen nur nach Nektar und schützen sich vor der Hitze, indem sie sich nach der Nahrungssuche am Mittag in verwelkte Blüten zurückziehen. Daher sind Männchen tagsüber und nachts variableren Umgebungstemperaturen ausgesetzt als Weibchen.

Die Forscher stellten die Hypothese auf, dass die Hitzetoleranz der Bienen mit der Körpergröße zunimmt; dass die Hitzetoleranz von Männchen mit der Umgebungstemperatur über dem Boden zunimmt, während die Hitzetoleranz von Weibchen mit sandigeren Böden zunimmt; und dass eine Parasiteninfektion die Hitzetoleranz verringern würde.

Um ihre Annahmen zu testen, sammelten die Forscher Kürbisbienen an 14 Standorten im gesamten US-Bundesstaat Pennsylvania. Die Standorte unterschieden sich hinsichtlich Durchschnittstemperatur, Niederschlag und Bodenbeschaffenheit. Das Team der Wissenschaftler maß das kritische thermische Maximum von Individuen – die Temperatur, oberhalb derer ein Organismus nicht funktionieren kann – als Indikator für die Hitzetoleranz und sie bestimmten die relative Intensität von drei Parasitengruppen: protozoische Parasiten-Trypanosomen, bakterielle Pathogene Spiroplasma apis und mikrosporidische Parasiten Vairimorpha apis.

„Obwohl beide Geschlechter eine positive Korrelation zwischen Hitzetoleranz und Größe zeigten, veränderten sich bei männlichen Kürbisbienen ihr kritisches thermisches Maximum pro Körpermasse-Einheit stärker als bei Weibchen, was darauf hindeutet, dass es möglicherweise ein anderes biologisches Merkmal gibt, das den Einfluss der Körpermasse zwischen den Geschlechtern auf die Hitzetoleranz beeinflusst“, so Professorin Margarita López-Uribe an der Penn State Universität.

Die Studie ergab, dass die durchschnittliche Tageshöchsttemperatur, der Niederschlag und die Bodenbeschaffenheit kein kritisches thermisches Maximum vorhersagten. Die Ergebnisse zeigten jedoch, dass dort, wo die durchschnittlichen Höchsttemperaturen am höchsten waren, die Schwankung der Hitzetoleranz zwischen den Individuen geringer war, was darauf hindeutet, dass extreme Temperaturen Individuen mit hohen und niedrigen kritischen thermischen Grenzwerten „herausgefiltert“ haben.

„Viele Bienenarten können ihre Körpertemperatur unabhängig von den Umgebungstemperaturbedingungen aktiv steuern und so möglicherweise die Auswirkungen von Temperaturextremen abmildern“, erläutert Professor Rudolf Schilder von der Pennsylvania State Universität. „Aber ob Kürbisbienen ein solches Verhalten zeigen, ist unbekannt.“

Von den drei untersuchten Parasiten beeinflussten nur Trypanosomen die Hitzetoleranz – und das auch nur bei weiblichen Kürbisbienen.

„Diese Auswirkung einer Parasiteninfektion auf die thermische Toleranz von Weibchen ist besonders besorgniserregend, da die Populationen von der weiblichen Fruchtbarkeit abhängen und Weibchen in der Regel bereits weniger häufig vorkommen als Männchen“, so Margarita López-Uribe.

Insgesamt ist auch diese Studie ein weiterer Beleg für die begrenzten Fähigkeiten kleinwüchsiger Wirbelloser, ihre Hitzetoleranz an die lokalen Klimabedingungen anzupassen oder zu akklimatisieren. Und dass diese Fähigkeiten von mehreren Faktoren abhängen.

„Vor diesem Hintergrund ist es von entscheidender Bedeutung, die Populationen zu identifizieren, die in zukünftigen Klimaszenarien gefährdet sind“, so Laura Jones. „Wir schlagen vor, dass zukünftige Forschungen die thermischen Toleranzen von Populationen im gesamten Verbreitungsgebiet einer Art bewerten, um diejenigen zu identifizieren, die am stärksten vom lokalen Aussterben bedroht sind.“