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Der Einfluss elektromagnetischer Strahlung auf Bienen und Insekten und die elektrischen Eigenschaften von Bienen wurden längst nachgewiesen – wieso reden wir so selten darüber? Eine Zeitkapsel aus dem Jahr 1976, als dieser Text in der Fachzeitschrift bee world erschien.
Die Erkenntnis, dass Insekten eine elektrostatische Ladung transportieren können, ist weder überraschend noch neu. Bereits im Jahr 19299wurde eine Publikation über die elektrischen Eigenschaften von Insektenhaaren veröffentlicht. Das Thema wurde lange Zeit nicht weiter verfolgt, da es nicht von Bedeutung zu sein schien. Aber als nachgewiesen wurde, dass sich der Stoffwechsel und das Verhalten von Bienen und anderen Insekten in elektrischen Feldern verändern, haben die auf ihnen messbaren elektrostatischen Ladungen eine neue Bedeutung bekommen. Aus diesem Grund versuchten wir zunächst, das elektrische Potenzial auf der Körperoberfläche von Bienen zu messen und dann die verschiedenen Faktoren zu ermitteln, von denen es beeinflusst wird.14
Aus den zunächst rein physikalischen Messungen erwuchs ein bisher unerkanntes physiologisches Interesse. Es ergaben sich zahlreiche neue Gesichtspunkte für die Wahrnehmung elektrischer Felder und auch für die innerartliche Kommunikation sozialer Insekten sowie für ihre Wetterfühligkeit und Orientierung.15 Jede Arbeitshypothese musste sich auf die Tatsache stützen, dass sich Insekten relativ früh in der Erdgeschichte entwickelt haben. Seitdem haben sich die elektrischen Felder in der Atmosphäre, elektromagnetische Schwingungen und atmosphärische Ionen als meteorologisch korrelierende Faktoren im Lebensraum der Insekten etabliert. Es scheint unwahrscheinlich, dass sie eine ungenutzte Informationsquelle geblieben sind, insbesondere bei Tieren in einem so frühen Evolutionsstadium.
Die Körperoberfläche einer Biene lässt sich in Bezug auf ihr elektrisches Verhalten grob in zwei Bereiche unterteilen. Alle häutigen und drüsigen Oberflächen der Kutikula weisen große Potenzialschwankungen auf, während der Rest der Oberfläche ein niedriges Potenzial von bis zu +1 V aufweist. Über relativ kurze Entfernungen kann das elektrische Feld recht hohe Intensitäten erreichen (25 V / 0,2 cm). Diese Messungen weisen einige Besonderheiten auf:
Jedes Bienenvolk als Ganzes weist ein für sich charakteristisches Ladungsniveau auf, das von seiner Stärke und der Menge an Brut und Honig, die es besitzt, abhängt. Das Anflugbrett unmittelbar vor dem Eingang des Bienenstocks befindet sich im elektrischen Einflussbereich des Volkes.
Abb. 1: Diagramm zur Veranschaulichung des Dipoleffekts der Bienenfühler. Die Biene ist in der Lage, die Polarität eines Fühlers sekundenschnell zu verändern (zum Beispiel von positiv auf negativ). Die gestrichelten Linien stellen die Linien des elektrischen Feldes stilisiert dar.
Abb. 2: Schematische Darstellung der Linien des elektrischen Feldes, das von den räumlichen Ladungen ausgeht; sie sind in den Kutikularbereichen mit hoher elektrischer Leitfähigkeit konzentriert.
In erster Linie wirkt das Holz des Anflugbretts als Potenzialverteiler für die im Bienenstock entstehenden Ströme. Zweitens werden geladene Teilchen aus dem Bienenstock hinausgewirbelt, wenn die Bienen fächeln (entweder zum Lüften oder zum Beduften).
Jenseits einer (messbaren) Entfernung vom Eingang hört der elektrische Einfluss des Bienenvolkes auf. An Tagen, an denen ein Bienenvolk ein negatives Potenzial aufweist, ändern positiv geladene Bienen, die zum Bienenvolk zurückkehren, ihr Potenzial während des Flugs von positiv über null auf einen negativen Wert. An anderen Tagen (wenn das Potenzial positiv ist) erhöhen die Bienen, die ein schwaches positives Potenzial haben, dieses immer mehr, während sie sich dem Volk nähern (Abb. 3). Es ist möglich, die Ankunft oder den Abflug einer einzelnen Biene in einer angemessenen Entfernung vom Eingang des Bienenstocks zu registrieren, indem man die Veränderung des Potenzials des Bienenvolkes mit einem ausreichend empfindlichen Messinstrument aufzeichnet.
Unter Einfluss eines äußeren elektrischen Feldes werden die Biene und alle elektrolytischen Bahnen in ihr (Hämolymphe, epidermale Sekrete) beeinflusst. Die Linien des elektrischen Feldes konzentrieren sich auf die Bereiche der Kutikula, die eine höhere elektrische Leitfähigkeit aufweisen (aufgrund von Ionenbelastung oder lokalem Feuchtigkeitsniederschlag) oder die über die Hämolymphe (Membranen, Teile des Integuments, die als Sensoren fungieren) einen Weg mit geringerem elektrischen Widerstand zu den inneren Organen darstellen; siehe Abbildung 2. Die Kutikula der Fühler lebender Bienen weist ein höheres Potenzial auf als der Rest der Körperoberfläche. Vergleicht man einzelne Bienen, so ist das Fühlerpotenzial einer Königin etwa doppelt so hoch wie das einer Arbeiterin. Dieser Unterschied ist auf die paarigen Eierstöcke der Königin zurückzuführen: Sie weisen eine große elektrolytische Oberfläche auf, die von einem elektrischen Feld beeinflusst werden kann.
Die elektrische Ladung einer Biene, die mit ihren Flügeln schwirrt, hängt von der Anzahl der unipolaren Ionen pro Volumeneinheit der Luft ab. Die Ladung entsteht durch die Reibung der Flügel an der Luft.
In ziemlich feuchter Luft ist die Oberfläche des Bienenkörpers mit einem leitenden Flüssigkeitsfilm überzogen. Sobald eine Entladung an die Erde stattgefunden hat, ist keine weitere Aufladung der Biene mehr möglich.
Der Lichteinfall auf die Kutikula erhöht die Leitfähigkeit ihrer Oberfläche. Die Ergebnisse neuerer Experimente deuten auch auf einen fotoelektrischen Effekt hin, das heißt auf die Emission von Elektronen aus der Kutikula unter dem Einfluss der Sonneneinstrahlung.
Wenn ein niederfrequentes Feld von 1 bis 10 kV/m angelegt wird, weisen Bienen eine höhere Stoffwechselrate auf als Bienen, die elektrisch abgeschirmt sind.1,4 Die Hyperaktivität von Kolonien in elektrischen Feldern, wie sie unter Hochspannungsdrähten auftreten, wurde bereits beschrieben.11,18 Kürzlich haben wir neue Ergebnisse aus kontrollierten Laborexperimenten erhalten und einen Film gedreht, der sie veranschaulicht.16Bienen in einem starken elektrischen Feld wurden aggressiv und stachen sich gegenseitig zu Tode; die Kommunikation war gestört. Bei noch höheren Feldern rissen die Bienen ihre Brut aus den Zellen und es wurde keine neue Brut produziert. Die Bienen verließen ihren Stock, wenn sie konnten, oder sie schlossen sich mit Propolis ein und verschlossen nicht nur die Ritzen und Löcher, sondern auch den Eingang. Sauerstoffmangel führte zu intensivem Fächeln wie zur Belüftung üblich; es entstanden abnorm hohe Temperaturen und die Bienen starben.
Abb. 3: Ladungen auf Bienen und Bienenvölkern in Abhängigkeit von der Witterung.
A. Bei schönem Wetter sind das Bienenvolk und die Bienen positiv geladen.
B. Bei Regen sind die Ladungen unter dem Einfluss der Polarität der Wolken hauptsächlich negativ. Die Polarität der Bienen, die von der Futtersuche zurückkehren, verändert sich.
C. Vor dem Ausbruch eines Gewitters bewirkt die hohe relative Luftfeuchtigkeit eine Entladung der Bienen am Boden, und eine hohe bipolare Konzentration der atmosphärischen Ionen entlädt die Bienen in der Luft.
D. Während der Blitzentladung treten im Bienenvolk sehr hohe Schwankungen des elektrischen Potenzials auf.
Bienenvölker, die elektromagnetischen Schwingungen (10 bis 30 kHz, 800 V/m) ausgesetzt sind, erzeugen ein verändertes Klangmuster und ihre Temperatur steigt an.5,17 Wenn sie die Wahl haben, meiden Bienen solche Schwingungen.13
Eine erhöhte Konzentration atmosphärischer Ionen steigert die motorische Aktivität und beeinflusst auch den Wasserhaushalt der Bienen.2 Eine großflächige elektrische Abschirmung der Bienen durch einen faradayschen Käfig verringert die allgemeine Aktivität und führt zu einer pathologischen Aufladung des Rektums.2
Der Mensch – oft stark elektrostatisch aufgeladen, zum Beispiel durch das Tragen von Kleidung aus synthetischen Materialien – kann Bienen erhebliche Stromstöße versetzen, die sie aggressiv machen können.
Experimente haben Hinweise auf einige der Mechanismen geliefert, die die Wirkungen der elektrischen Parameter auslösen. Ein direktes elektrisches Feld (oder ein Wechselfeld mit niedriger Frequenz), in dem sich eine Biene befindet, bewirkt eine Verschiebung an der Körperoberfläche der Biene. Es ist zu erwarten, dass die durch das Feld hervorgerufene Kraft eine Verzerrung der Mechanosensillen bewirkt. Entsprechende Experimente an der menschlichen Epidermis, bei denen eine elektrooptische Methode verwendet wurde, haben gezeigt, dass sich die Haare rhythmisch im Takt der Veränderungen eines direkten elektrischen Feldes bewegen. Bei elektromagnetischen Schwingungen (ca. 20 kHz, 800 V/m) erwärmen sich die Beinchen der Bienen, was vielleicht auf Muskelaktivität oder die Konzentration des Stroms auf eine kleinere Fläche hinweist. Ist die Ionenkonzentration der Luft hoch, können an den Fühlern Entladungsspitzenströme von etwa 10 x 10-8 Ampere auftreten; diese sind ausreichend hoch, um eine physiologische Anregung zu erzeugen.
Dies ist ein bekanntes Phänomen. Es tritt besonders deutlich zutage, wenn sich ein Gewitter ankündigt: Bienen, die auf Futtersuche waren, kehren in großer Zahl in den Stock zurück, und einige Zeit vor Ausbruch des Gewitters zeigen die Bienen eine erhöhte „Reizbarkeit“ und Bereitschaft zum Stechen.12 Einige Verhaltensweisen lassen sich mit elektrischen Faktoren in der Atmosphäre in Verbindung bringen. Die Höhe des elektrischen Potenzials beeinflusst die Fähigkeit der Bienen, Nahrung zu sich zu nehmen.12 Es wirkt sich auch auf den Beginn und den Verlauf des Flugs junger Bienen aus dem Bienenstock10 und auf die Aggressivität14 aus. Die Tatsache, dass die Fähigkeit der Bienen, zu ihrem Heim oder Bienenstock zurückzukehren, von Zeit zu Zeit schwankt, kann auf atmosphärische Störungen (elektromagnetische Schwingungen im langwelligen Bereich) zurückgeführt werden.6
Abb. 4: Oszillogramm des elektrischen Feldes einer Biene, die mit ihren Flügeln schwirrt. Das Feld weist eine Amplitudenmodulation auf und wirkt sich unweigerlich auf benachbarte Bienen aus.
Wetterumschwünge und die Bildung von Wolken sind mit Änderungen des elektrischen Potenzials verbunden, die sowohl bei einer einzelnen Biene als auch im Bienenvolk zu örtlichen Ladungsänderungen führen (Abb. 3), was das „Erkennen“ des dynamischen Verlaufs von Wetterumschwüngen durch Bienen erklären könnte. Koronaentladungen aufgrund hoher atmosphärischer Feldstärken (zum Beispiel von den Spitzen von Gräsern und Blättern) müssen ebenfalls in Betracht gezogen werden: Sie könnten ein für die Bienen sichtbares UV-Muster erzeugen, das ihre Orientierung durcheinanderbringen könnte, da es zeitlich instabil ist.
Alle Verhaltensweisen, bei denen die Flügel einen Luftstrom erzeugen (zum Beispiel bei der Beduftung) oder die Biene sich bewegt (Flug), erzeugen ein Wechselfeld in der unmittelbaren Umgebung der Biene3,15 (Abb. 4). Eine Beeinflussung von Bienen in der Nähe (via Induktion) ist unvermeidlich. Das Gleiche gilt für rhythmische Bewegungen von Körperteilen des Insekts wie beispielsweise alle Formen des Tanzes (Abb. 5) und den Kontakt mit den Fühlern.
Berühren sich zwei Bienen mit unterschiedlichem Potenzial über ihre Fühler, so fließt ein Strom von einer Biene zur anderen, dessen Stärke von den Innenwiderständen der Bienen und dem Widerstand des Untergrundes abhängt. Wenn man die Erkenntnisse von Galuszka und Lisiecki8anerkennt, dass verschiedene Bienenvölker unterschiedliche Innenwiderstände besitzen, dann scheint es möglich, dass eine Biene über ihre Fühler Kontakt mit einer anderen Biene herstellt und anhand der Abnahme des Innenpotenzials, die aus diesem Kontakt resultiert, erkennt, ob sie zum selben Volk gehört (Abb. 6).
Physikalisch betrachtet stellt ein fliegendes Tier eine bewegte Ladung dar, das heißt einen elektrischen Strom (Konvektionsstrom). Sofern eine Biene nicht parallel zum Erdmagnetfeld fliegt, wird auf sie eine kleine Kraft proportional zur Fluggeschwindigkeit (Lorentz-Effekt) ausgeübt. Diese Kraft erzeugt ein elektrisches Potenzial (Hall-Effekt).
Abb. 5: Der Schwänzeltanz. Übermittlung von Informationen durch das erzeugte Wechselfeld? Diagramm modifiziert nach von Frisch.
Abb. 6: Die Berührung der Fühler zweier Bienen erzeugt einen Entladungsstrom, wenn die Fühler unterschiedliche Polaritäten aufweisen. Der Strom ist groß genug, um physiologische Reize zu erzeugen.
Im Schaltplan:
AB1, AB2: beide Bienen als Quellen elektrischer Energie
RB1, RB2: Innenwiderstände der Bienenkörper
C1, C2: Kapazitäten der beiden Bienen
RFl: Widerstand des Anflugbretts
Berechnungen über die Aufladung von Insekten durch natürliche elektrische Faktoren zeigen, dass sich Insekten eine beträchtliche Zeit vor dem Ausbruch eines Gewitters entladen, unabhängig davon, ob sie sich in der Luft oder am Boden befinden. Wenn die elektrische Ladung grundsätzlich für die Orientierung der Insekten wichtig ist, würden Desorientierung und möglicherweise erhöhte Aggressivität Folgen ihrer Entladung sein.
Diese Reihe von Vermutungen könnte noch erweitert werden, aber zunächst müssen weitere Untersuchungsergebnisse gesammelt werden. Es ist zu hoffen, dass dieser Artikel Wissenschaftler dazu anregt, die Untersuchung der Auswirkungen elektrischer Faktoren in ihre künftigen Forschungen über Bienen einzubeziehen.
Der Originalbeitrag wurde in der Zeitschriftbee worldunter dem Titel „Effects of Electrical Charges on Honeybees“ veröffentlicht (bee world, 1976, 57(2):50–56; siehe auch t.ly/1T0Dg). Unter dem genannten Link finden Sie auch die Endnoten zum Text, die wir aus Platzgründen nicht abdrucken.
Wenn wir selbst aus Schwingungen bestehen, dann dürfte das wohl nicht nur für Honigbienen interessant sein.