Ein Team von Wissenschaftlern untersuchte die genetische Programmierung des komplexen, kooperativen Verhaltens von Honigbienen, so dass es an nachfolgende Generationen weitergegeben werden kann. Sie fanden die Antwort im sogenannten doublesex-Gen (dsx).

Verhaltensinteraktionen zwischen Organismen sind grundlegend und vielfach angeboren. Jeder Mensch und jedes Tier interagiert auf die eine oder andere Art durch sein Verhalten mit anderen Individuen innerhalb der eigenen sozialen Gruppe. Im Tierreich bringt dies erhebliche Vorteile bei der gemeinsamen Nahrungsbeschaffung, beim Schutz vor Feinden und bei der Aufzucht von Nachkommen.

Bei einigen Tieren wie der Honigbiene sind die sozialen Verhaltensbindungen so ausgeprägt, dass einzelne Individuen zusammen eine feste Gemeinschaft bilden. Zusammen funktionieren sie wie ein einzelner Superorganismus. Tausende von Arbeiterinnen schützen dabei durch ihr individuelles Verhalten die ganze Kolonie, ernähren sie und kümmern sich um die Brut.

„Das Verhaltensrepertoire der einzelnen Biene und die gemeinschaftliche Koloniefunktion sind nicht erlernt, sondern vererbt. Bisher war aber nicht bekannt, wie so komplexe Verhaltensweisen genetisch kodiert sind“, betont Prof. Dr. Martin Beye von der Universität Düsseldorf.

Ein Team von Forschern hat nun herausgefunden, dass das spezielle dsx-Gen das für Arbeiterinnen spezifische Verhalten kodiert.

„Das Gen programmiert, ob eine Arbeiterin eine Aufgabe in der Kolonie aufnimmt und wie lange sie dies tut. Hierzu gehören beispielsweise auch Aspekte gemeinschaftlicher Arbeit wie die Versorgung der Larven oder die Beschaffung und der soziale Austausch von Nahrung“, erklärt Studienautorin Dr. Vivien Sommer von der Universität Düsseldorf.

Für die Untersuchungen haben die Biologen das dsx-Gen bei einigen Honigbienen mithilfe der Genschere CRISPR/Cas9 verändert oder ausgeschaltet. Die entsprechend manipulierten Bienen haben sie mit einem QR-Code gekennzeichnet und ihr Verhalten im Bienenstock anschließend mit Kameras überwacht. Die entstandenen Videosequenzen wurden mit KI-Unterstützung ausgewertet, so dass die individuellen Verhaltensmuster der Honigbienen bestimmt werden konnten.

„Unsere zentrale Frage war, ob und wie sich die angeborenen Verhaltensmuster durch die Veränderung des Gens verändern. Solche Änderungen müssen sich im Nervensystem der Arbeiterinnen widerspiegeln, wo ja die Steuerprogramme für das Verhalten ablaufen“, so Vivien Sommer.

Die Forschenden haben ein grün fluoreszierendes Protein in die dsx-​Sequenz integriert, so dass es zusammen mit dem dsx-​Protein hergestellt wurde. Mithilfe von Fluoreszenzmikroskopie ließen sich so die neuronalen Verschaltungen sichtbar machen. „Mit diesen Werkzeugen konnten wir genau sehen, welche Verbindungswege im Gehirn das dsx-Gen schafft, die wiederum die angeborenen Verhaltensmuster der Honigbiene regulieren“, erklärt Jana Seiler von der Universität Düsseldorf.

„Die Ergebnisse deuten auf ein grundlegendes genetisches Programm hin, welches die neuronale Verschaltung und das Verhalten der Arbeiterin bestimmt“, ist Prof. Dr. Wolfgang Rössler von der Universität Würzburg überzeugt.

Im nächsten Schritt soll nicht mehr die einzelne Honigbiene, sondern der Superorganismus Bien betrachtet werden und das koordinierte Verhalten der vielen Einzelbienen ergründet werden.