Das Gehirn der Honigbiene erkunden

Was haben Menschen und Honigbienen gemeinsam? Sie tanzen. Während jedoch Menschen sich in der Regel zum Spaß bewegen, hat der Tanz der Honigbiene eine wichtige Funktion: Damit teilt das Tier Informationen über Richtung und Entfernung zu einer lukrativen Futterquelle ihren Kolleginnen mit und greift dafür auf ihr räumliches Gedächtnis zurück.

Das Verhalten der Honigbienen ist in dieser Hinsicht gut erforscht. Weniger gut untersucht sind die Prozesse, die während des Tanzes im Gehirn ablaufen.

Hier setzt Dr. Jerome Beetz, Lehrstuhl für Verhaltensphysiologie und Soziobiologie der Uni Würzburg (JMU), mit einem Projekt an: „Wir wissen, dass die Biene beim Schwänzeltanz akustische Signale aussendet, die dazu verwendet werden können, Distanzinformationen zu entschlüsseln. 

Einige Nervenzellen im Gehirn, die diese Signale verarbeiten, sind bereits beschrieben“, so der Biologe. Dies stellte Hiroyuki Ai, Professor an der Fukuoka Universität (Japan) und Kooperationspartner an Beetz‘ Projekt, fest.

„Besonders spannend jedoch ist, dass die räumlichen Informationen im Schwänzeltanz in völliger Dunkelheit kommuniziert werden, wohingegen außerhalb des Nests vor allem visuelle Signale eine entscheidende Rolle für die Orientierung spielen“, so der JMU-Wissenschaftler, „so dient der optische Fluss – vergleichbar mit dem Blick aus einem fahrenden Zug –, den die Biene während ihres Fluges wahrnimmt, zur Messung der zurückgelegten Distanz.“

Das Ziel des Biologen ist es, herauszufinden, wo im Gehirn der Honigbiene beide Quellen der Distanzmessung integriert werden. „Wir vermuten daher Nervenzellen, die sowohl visuelle als auch akustische Signale verarbeiten“, so Beetz.

Dafür steht dem JMU-Wissenschaftler ab Mai 2025 ein Team zur Verfügung: Das Projekt wird im Emmy Noether-Programm der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) mit knapp zwei Millionen Euro gefördert. Damit kann Beetz in den kommenden sechs Jahren eine Nachwuchsforschungsgruppe aufbauen, bestehend aus zwei Doktoranden und einem Postdoc-Forschenden.

Die Honigbiene im Flugsimulator

Um messen zu können, was im Gehirn passiert, wenn das räumliche Gedächtnis abgerufen wird, hat Beetz während seines Postdocs in der Gruppe von Professor Basil el Jundi, ehemaliger JMU-Nachwuchsgruppenleiter, eine eigene Messtechnik entwickelt: Die Tetroden-Ableitung. 

Hierbei werden mittels Tetroden Nervensignale aufgenommen, während das Insekt in einem Flugsimulator sich frei drehend orientieren kann. Dazu implantiert der Forscher dem Insekt vier ultrafeine Elektroden im Gehirn, die die Aktivität einzelner Nervenzellen messen.

„Diese Methode ermöglicht es uns, neuronale Messungen vorzunehmen, während sich das Tier aktiv orientiert. Eine solche Messung wäre an frei fliegenden Insekten nicht möglich, da sie das Gewicht der Elektroden und Sender nicht tragen könnten. Daher konzentrieren wir uns darauf, im Flugsimulator eine möglichst natürliche Umgebung zu erzeugen“, so der künftige Nachwuchsgruppenleiter.

Aber woher weiß die Arbeiterin, wohin sie fliegt, wenn sie sich im Grunde genommen nur an Ort und Stelle bewegt? Hier kommt virtuelle Realität (VR) ins Spiel.

Mit einer Drohne wird das Team Fotoaufnahmen des Gebiets um den Bienenstock machen. Eine Software erstellt daraus eine 3D-Umgebung, die an dem realen Vorbild angelehnt ist. 

Die Honigbiene kann sich somit im virtuellen Raum frei bewegen. Dieses Projekt geschieht in Kooperation mit Professor Tim Landgraf, Institut für Informatik der Freien Universität Berlin, und Professorin Karin Nordström, Professorin an der Flinders University in Australien, die bereits ein VR-System für fliegende Insekten entwickelt hat.