Sustained warming alters Bombus impatiens foraging, colony performance, and pollination of zucchini (Cucurbita pepo)

Der Klimawandel besteht nicht nur aus steigenden globalen Durchschnittswerten; es geht um die zunehmende Häufigkeit und Intensität der Hitze, der Lebewesen standhalten müssen. Für Insekten wie Hummeln, die für die Bestäubung von Nutzpflanzen und Wildpflanzen lebenswichtig sind, stellt hohe Temperatur eine direkte physiologische Herausforderung dar. Diese Bienen erzeugen ihre eigene Körperwärme, um fliegen zu können und ihre Innentemperatur zu regulieren, aber wenn die Luft zu heiß wird, haben sie Schwierigkeiten, abzukühlen. Dieser Stress kann ihre Fähigkeit einschränken, zu fliegen, Nahrung zu finden und sich um ihren Nachwuchs zu kümmern. Gleichzeitig verändern auch die Pflanzen, auf die sie angewiesen sind, unter anhaltender Hitze die Art und Weise, wie sie Nektar und Blüten produzieren. Zu verstehen, wie diese zwei Seiten der Beziehung – die Biene und die Blüte – auf langfristige Erwärmung reagieren, ist entscheidend, insbesondere für Landwirte, die auf Bienen angewiesen sind, um Lebensmittel anzubauen. Wenn die Hitze zu intensiv wird, könnte das empfindliche Gleichgewicht zwischen dem Bedürfnis der Biene zu sammeln und der Fähigkeit der Pflanze, sich fortzupflanzen, zusammenbrechen, was die Ernährungssicherheit gefährdet.

In einem kontrollierten Experiment, das darauf ausgelegt war, diese zukünftigen Bedingungen nachzuahmen, platzierten Forscher kleine Gruppen von Osthummeln und Zucchini-Pflanzen in Wachstumskammern, um zu sehen, wie sie unter verschiedenen Ebenen anhaltender Wärme zurechtkommen würden. Sie richteten drei verschiedene Umgebungen ein: eine Kontrollgruppe, die während des Tages auf einer Basistemperatur von 29,5 Grad Celsius gehalten wurde, eine Gruppe, die um zusätzliche 1,5 Grad erwärmt wurde, und eine Gruppe, die um zusätzliche 3 Grad erwärmt wurde. Diese Temperaturen wurden kontinuierlich über etwa zehn Wochen aufrechterhalten, was die gesamte aktive Lebensspanne der Bienenkolonien abdeckte. Im Gegensatz zu früheren Studien, die nur kurze, intensive Hitzeschübe betrachteten, testete dieses Experiment, was passiert, wenn die Hitze niemals nachlässt. Die Forscher überwachten das Verhalten der Bienen, ihre körperliche Gesundheit, wie sie sich innerhalb ihrer Bienenstöcke organisierten und wie die Zucchini-Pflanzen in Bezug auf Nektarproduktion und Fruchtertrag reagierten.

Die Ergebnisse zeigten, dass die Bienen nicht einfach schlechter wurden, je höher die Temperatur stieg; stattdessen veränderten sich ihre Reaktionen je nachdem, wie heiß es wurde. Bei dem moderaten Erwärmungsniveau von 1,5 Grad über der Basislinie zeigten die Bienen eine klare Fähigkeit zur Anpassung. Sie begannen, ihre Flügel viel häufiger zu fächeln – etwa zwanzigmal häufiger als in der kühleren Kontrollgruppe –, um den Bienenstock zu kühlen. Diese Anstrengung hatte jedoch einen Preis: Die Bienen verbrachten signifikant weniger Zeit mit der Pflege ihres Nachwuchses. Sie kompensierten die Hitze aktiv, aber sie taten dies, indem sie ihre Energie von der Brutpflege wegverlagerten. Überraschenderweise änderte sich die Gesamtzahl der erwachsenen Bienen in der Kolonie nicht, und die Größe der männlichen Bienen blieb gleich, was darauf hindeutet, dass die Kolonie ihre Populationsgröße beibehalten konnte, selbst während die Arbeiterinnen unter Stress standen.

Als die Temperatur auf das extreme Niveau von 3 Grad über der Basislinie stieg, begann die Fähste der Bienen zu kompensieren, zu versagen. Während sie weiterhin die Pflege der Jungen reduzierten, begann die organisierte Struktur des Bienenstocks auseinanderzufallen. In den kühleren Gruppen gruppierten sich die Bienen natürlich in bestimmten Bereichen zusammen, insbesondere in der Nähe der Brut und des Bienenstockeingangs. In der heißesten Gruppe wurde diese räumliche Organisation gestört. Die Bienen zerstreuten sich und verbrachten weniger Zeit in den kritischen Zonen nahe dem Eingang und der Brut. Darüber hinaus wog die Königin in diesen extremen Bedingungen signifikant weniger als Königinnen in den kühleren Gruppen, wobei ihr Gewicht von durchschnittlich etwa 0,63 Gramm auf nur 0,26 Gramm sank. Dies deutet darauf hin, dass die Kolonie die moderate Hitze überleben konnte, die extreme Hitze jedoch einen schweren physiologischen Preis für die Königin forderte und die soziale Koordination, die die Kolonie am Laufen hält, zerstörte.

Die Pflanzen in dem Experiment erzählten eine andere, wenngleich ebenso komplexe Geschichte. Die Zucchini-Pflanzen in den heißesten Kammern produzierten fast doppelt so viel Nektar wie jene in der Kontrollgruppe. Dieser Anstieg der floralen Belohnung zog die Bienen an; die Besuche an den Blüten waren in der heißesten Gruppe etwa 70 Prozent höher als in der Kontrollgruppe. Man könnte erwarten, dass mehr Nektar und mehr Besuche auch zu mehr Früchten führen würden, aber das Ergebnis war nicht so einfach. Trotz der erhöhten Aktivität war die Anzahl der produzierten Zucchini pro weiblicher Blüte in der moderat erwärmten Gruppe tatsächlich am niedrigsten. In der extremen Hitze-Gruppe erholte sich der Ertrag nicht, um das Niveau der Kontrollgruppe zu erreichen, obwohl die Bienen die Blüten weit häufiger besuchten. Dies deutet darauf hin, dass die Hitze direkt die Fähigkeit der Pflanze beschädigte, Früchte zu bilden, ungeachtet dessen, wie viele Bienen die Blüten besuchten.

Die Studie kommt zu dem Schluss, dass anhaltende Erwärmung eine Diskrepanz zwischen der Aktivität der Bestäuber und der Produktion von Nutzpflanzen schafft. Die Bienen arbeiteten härter und besuchten mehr Blüten, weil die Pflanzen mehr Nektar anboten, aber diese erhöhte Aktivität führte nicht zu einer proportionalen Steigerung des Ertrags. Die Fähigkeit der Bienen zur Thermoregulation und zur Aufrechterhaltung ihrer Koloniestruktur hat Grenzen, und sobald diese Grenzen überschritten werden, wird das System ineffizient. Für Landwirte, die auf diese Bienen angewiesen sind, bedeutet dies, dass es nicht ausreichen könnte, einfach mehr Bienen auf den Feldern zu haben, um die Erträge zu retten, wenn die Hitze zu intensiv ist. Die Forschung hebt hervor, dass mit der Erwärmung des Klimas die Beziehung zwischen den Bienen und den von ihnen bestäubten Pflanzen fragiler werden wird, wobei die physiologischen Grenzen der Bienen und die reproduktiven Bedürfnisse der Pflanzen potenziell in unterschiedliche Richtungen ziehen könnten.