Mithilfe winziger QR-Codes auf dem Rücken von Honigbienen haben Wissenschaftler verfolgt, wann Bienen ihre Bienenstöcke betreten und verlassen. Damit wollen Forscher besser verstehen, wie viel Zeit Honigbienen außerhalb ihrer Bienenstöcke auf Nahrungssuche verbringen.

Bisher haben die Forscher herausgefunden, dass die meisten Ausflüge außerhalb des Bienenstocks nur wenige Minuten dauern, eine kleine Minderheit der Bienen jedoch auch mehr als zwei Stunden außerhalb des Bienenstocks verbringt. Das System zur Erfassung der Zeit, die Honigbienen außerhalb des Bienenstocks verbringen, soll künftig aber noch mehr Daten liefern.

„Diese Technologie eröffnet Biologen Möglichkeiten, Systeme auf eine Weise zu untersuchen, die bisher nicht möglich war, insbesondere im Zusammenhang mit der biologischen Bienenhaltung“, so Professorin Margarita López-Uribe von der Pennsylvania State Universität. „In der Feldbiologie betrachten wir Dinge normalerweise nur mit unseren Augen, aber die Anzahl der Beobachtungen, die wir als Menschen machen können, wird nie mit der einer Maschine mithalten können.“

Die Bienen gelangen ungehindert in den Bienenstock und können ihn ebenso wieder verlassen, zeigen dabei den Pass auf ihrem Rücken vor. Sie werden digital über ein automatisiertes Bildgebungssystem verfolgt, das das Team entwickelt hat, um zu überwachen, wann Bienen den Stock verlassen und wann sie durch einen speziellen Eingang mit einem Kamerasensor zurückkehren. Die auf den Rücken der Bienen geklebten QR-Codes enthalten die benötigten Identifikationsinformationen, über die das Bildgebungssystem die individuellen Bienen selbst bei niedriger Auflösung schnell erkennen kann. Das System stellt einen Bruch mit der herkömmlichen entomologischen Feldarbeit dar, bei der Forscher Bienen für begrenzte Zeiträume visuell beobachten.

Honigbienen können bei Bedarf große Entfernungen zurücklegen – Schätzungen zufolge können sie bis zu zehn Kilometer von ihrem Stock wegfliegen –, doch das Team vermutet, dass solche Entfernungen ungewöhnlich sind und Bienen im Allgemeinen viel kürzere Entfernungen fliegen, vielleicht weniger als einen Kilometer, so Margarita López-Uribe.
Honigbienen kommunizieren mit anderen Bienen über den Schwänzeltanz, um Angaben zu Futterquellen zu übermitteln.
„Der Schwänzeltanz ist die beste Informationsquelle, die wir über die Nahrungssuche der Bienen haben, aber er basiert auf menschlichen Beobachtungen, die über zwei Wochen hinweg vielleicht einmal täglich eine Stunde lang beobachtet werden. Also haben wir uns an das Elektrotechnikteam gewandt, um herauszufinden, ob es eine Technologie gibt, mit der diese Beobachtungen besser durchgeführt werden können“, so Margarita López-Uribe. „Das Ziel ist herauszufinden, ob diese 10-Kilometer-Schätzung biologisch genau ist. Können wir genau bestimmen, wie weit Honigbienen von ihren Stöcken wegfliegen?“

Technik für die Bienen

Genutzt wurde für die Entwicklung handelsübliche Ausrüstung, die 24 Stunden am Tag, sieben Tage die Woche am Eingang von sechs Kolonien an einem Bienenstand läuft. Die Ausrüstung hat insgesamt unter 1.500 US-Dollar gekostet.
„Frühere Systeme zur Überwachung von Bienen wurden entwickelt, um in oder nahe kontrollierten Laborumgebungen zu laufen“, erläutert Studienautor Diego Penaloza-Aponte von der Pennsylvania State Universität. „Unser Ziel war es, etwas zu entwickeln, das in einer ländlichen Umgebung, außerhalb des Labors, mit Solarenergie betrieben werden kann und alles Open Source zu machen. Jeder kann dieses System verwenden und modifizieren.“

Die Forscher verwendeten als individuellen Pass so genannte AprilTags, einen besonders kleinen QR-Code, benannt nach dem „APRIL Robotics Laboratory“ der Universität Michigan. Die kleinen Mini-Codes wurden den Arbeiterinnen auf den Rücken geklebt, ohne sie dabei in ihrer Bewegung zu behindern oder Schaden zuzufügen. Während der aktiven Frühlings- und Sommersaison markierte das Team alle zwei Wochen 600 junge Honigbienen, die gerade aus ihren Zellen geschlüpft waren. In den sechs Kolonien summierte sich die Zahl auf insgesamt mehr als 32.000 Honigbienen.

„Wir haben junge Bienen gezielt ausgewählt, damit wir ihr Alter genauer verfolgen können, insbesondere wann sie zu fliegen beginnen und wann sie aufhören“, erläutert Robyn Underwood von der Pennsylvania State Universität. „Sobald die Biene alt genug zum Fliegen war, verließ sie die Kolonie und wurde unter der Kamera gesehen. In Echtzeit las unser Sensor den QR-Code und erfasste die Bienen-ID, Datum, Uhrzeit, Bewegungsrichtung – Verlassen oder Betreten des Bienenstocks – und die Temperatur. Während der gesamten Saison konnten wir einzelne Bienen verfolgen. Wann ist sie gegangen? Wann ist sie zurückgekommen? Was hat sie vor?“

Die Studienarbeit enthält die genutzte Ausrüstung und beschreibt auch die verwendeten Methoden, damit die Technik weitergenutzt und -entwickelt werden kann.

Meist nur kurz mal weg

Die Forscher fanden heraus, dass die meisten Ausflüge in der Regel ein bis vier Minuten dauerten, was dazu dienen könnte, vor der Nahrungssuche das Wetter zu prüfen oder außerhalb des Stocks Kot abzusetzen. Längere Ausflüge dauerten in der Regel weniger als 20 Minuten, aber 34 % der markierten Bienen verbrachten mehr als zwei Stunden außerhalb des Stocks. Dies könnte auf einen ungewöhnlich langen Nahrungsausflug hinweisen, auf eine Honigbiene, die nie zum Stock zurückkehrte, oder auf eine missglückte Erkennung des elektronischen Systems, etwa wenn die Biene kopfüber in den Stock einlief. In manchen Wochen, in denen weniger Blüten verfügbar waren, verbrachten mehr Bienen mehr Zeit mit der Nahrungssuche, wahrscheinlich weil sie weitere Wege zurücklegen mussten, um ausreichend Nahrung zu finden.

„Wir haben auch festgestellt, dass Bienen im Laufe ihres Lebens viel länger auf Nahrungssuche sind als zunächst angenommen“, berichtet Robyn Underwood. „Wir beobachten Bienen, die sechs Wochen lang auf Nahrungssuche sind, und sie beginnen erst mit der Nahrungssuche, wenn sie bereits etwa zwei Wochen alt sind. Sie leben also viel länger als wir dachten.“

Die Kameras in jedem Bienenstock, die 24 Stunden am Tag und sieben Tage die Woche in Betrieb waren, waren jeweils an einen Mikrocomputer angeschlossen, und die Forscher luden die Daten bei wöchentlichen Besuchen auf ihre Notebooks.

Die Forscher stießen schon früh bei der Überwachung auf ein erwartetes Problem – Honigbienen, die am Eingang des Bienenstocks herumlungerten. Die Kamera erkannte ihre individuellen QR-Codes bis zu hundert Mal am Tag.

„Es stellte sich heraus, dass manche Bienen einfach gerne im Eingang herumhängen, und die Kamera registriert sie jedes Mal, wenn sie vorbeigehen“, berichtet Diego Penaloza-Aponte. „Deshalb ist die Programmierung so praktisch. Sie kann diese Ausreißerdaten ausschließen und sicherstellen, dass wir das verfolgen, was wirklich von Bedeutung ist.“

Die Wissenschaftler arbeiten derzeit an einem Abgleich, ob die Dauer der Nahrungssuche mit den entschlüsselten Schwänzeltänzen übereinstimmt. Als Nächstes hoffen sie, andere Bienenarten sowie Mitglieder des Bienenvolks – Drohnen und Bienenköniginnen – markieren und verfolgen zu können.