Bienen erkennen einander über ihr Mikrobiom
Die Mitglieder eines Volkes von „Apis mellifera“ teilen dieselbe olfaktorische Signatur, die durch ihre kutikulären Kohlenwasserstoffe abgegeben wird und mit einer spezifischen intestinalen Bakterienflora verknüpft ist.
Abstract
Eine aktuelle US-amerikanische Studie (Cassondra L. Vernier et al., 2020) hat gezeigt, dass bei der Honigbiene die genetisch miteinander verwandten Mitglieder einer Kolonie angeborene, koloniespezifische Profile kutikulärer Kohlenwasserstoffe entwickeln, die als Erkennungsmerkmale für die Pheromone dieser Population dienen. Trotz der hohen innerkolonialen Verwandtschaft wird die angeborene Ausbildung individueller, koloniespezifischer chemischer Signaturen jedoch weitgehend durch die Umwelt innerhalb des Bienenstocks bestimmt und nicht ausschließlich durch die von den Individuen dieser Kolonie geteilten genetischen Varianten. Daraus ergibt sich die Frage, wie ein nicht-genetischer Faktor zur angeborenen Ausprägung eines quantitativen Merkmals beitragen kann, das von allen Mitgliedern derselben Kolonie geteilt wird. Die Forschenden liefern hier eine Antwort auf dieses Rätsel, indem sie zeigen, dass bei Honigbienen die Erkennungsmerkmale der Koloniemitglieder zumindest teilweise durch gemeinsame Eigenschaften des intestinalen Mikrobioms der Mitglieder derselben Kolonie bestimmt werden. Diese Ergebnisse verdeutlichen die Bedeutung von Wirt-Mikrobiom-Interaktionen als Quelle der Variation verhaltensbezogener Merkmale bei Tieren.
Das Hin- und Herfliegen der Sammlerinnen, die ihre Kolonie verlassen und wieder zurückkehren, wird von der Wächterin genau überwacht (Bild: Susanne Jutzeler)
Das Darmmikrobiom als Schlüssel zur Nestgenossenerkennung bei Honigbienen
Honigbienen erkennen Nestgenossen über koloniespezifische Mischungen kutikulärer Kohlenwasserstoffe (CHCs). Obwohl die Mitglieder eines Volkes genetisch eng verwandt sind, entstehen diese Erkennungsprofile überwiegend durch Umweltfaktoren. Die Studie untersucht die Hypothese, dass das Darmmikrobiom ein zentraler Umweltfaktor ist, der diese koloniespezifischen chemischen Signaturen definiert.
Vergleichende Analysen zeigen, dass Arbeiterinnen aus verschiedenen Völkern unterschiedliche Darmmikrobiom-Strukturen sowie klar unterscheidbare CHC-Profile aufweisen. Die Artenvielfalt der Darmbakterien ist ähnlich, jedoch variieren die relativen Häufigkeiten einzelner Schlüsselbakterien zwischen den Völkern. Kreuzaufzucht-Experimente belegen, dass das adulte Darmmikrobiom primär durch das soziale Umfeld nach dem Schlupf bestimmt wird und nicht durch die genetische Herkunft.
Experimentelle Manipulationen liefern kausale Evidenz: Antibiotikabehandlungen, Inokulationen mit vollständigen oder hitzeinaktivierten Mikrobiomen sowie gezielte Besiedelung mit einzelnen Bakterienarten führen zu veränderten CHC-Profilen. Besonders der symbiontische Darmkeim Gilliamella apicola beeinflusst sowohl die chemischen Profile als auch das Verhalten: Bienen akzeptieren bevorzugt Individuen mit demselben Mikrobenprofil – unabhängig von genetischer Verwandtschaft. Opportunistische Bakterien wie Lonsdalea quercina zeigen diesen Effekt nicht.
Darüber hinaus reicht bereits die genetische Vielfalt innerhalb einer einzigen Bakterienart aus. Unterschiedliche Stämme von G. apicola erzeugen unterscheidbare CHC-Profile und beeinflussen die Nestgenossenerkennung. Damit wirken nicht nur Mikrobenarten, sondern auch deren genetische Variation auf soziale Signale.
Die Autoren interpretieren die Ergebnisse im Rahmen des Holobionten-Konzepts: Koloniezugehörigkeit ist ein emergentes Merkmal aus dem Zusammenspiel von Bienengenom und Darmmikrobiom. Wahrscheinlich beeinflussen Mikroben indirekt die CHC-Synthese, etwa über Stoffwechselprodukte, die als Vorstufen oder Regulatoren der Kohlenwasserstoffproduktion dienen.
Fazit: Das Darmmikrobiom ist ein entscheidender Faktor für soziale Identität bei Honigbienen. Es verbindet Umwelt, Physiologie und Verhalten und erweitert das Verständnis von Nestgenossenerkennung über rein genetische Modelle hinaus.
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