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Physik im Alltag und Naturphänomene, Rubrik: "Schlichting! "

Bienen und Blumen unter Spannung

H. Joachim Schlichting. Spektrum der Wissenschaft 4 (2020), S. 60

Es flüstern und sprechen die Blumen
Heinrich Heine (1797 – 1856)

Fliegende Insekten wie Hummeln sind elektrisch leicht positiv geladen, viele Blüten hingegen negativ. Mit ihrem Pelz können die Tiere die Felder spüren – und so abschätzen, wie viel Nektar noch zu holen ist.

Wer über Blumen schwirrende Insekten beobachtet, fragt sich vielleicht: Sind die Kraft raubenden Anflüge nicht zum großen Teil vergeblich, weil sich bereits andere kurz vorher am Nektar bedient haben? Die prächtigen Farben und Strukturen der Blüten ändern sich schließlich nicht, ebensowenig ihr betörender Duft. Doch es gibt weitere, für uns Menschen unmerkliche Hinweise, ob sich ein Besuch lohnt.
Viele Blüten tragen eine leicht negative elektrische Ladung. Das liegt am ständigen Spannungsunterschied zwischen Himmel und Erdoberfläche – die geerdete Blume reicht die negative Ladung des Bodens gewissermaßen in die Höhe weiter. Dagegen sind manche Insekten wie die Hummeln (Bombus terrestris) elektrisch positiv geladen, weil es während ihres Flugs zu Reibungseffekten kommt. Dieses Phänomen der so genannten Triboelektrizität hat wohl jeder schon am eigenen Leib erfahren, etwa über einen metallenen Türgriff, den man nach einem Gang über einen Teppich aus Kunststofffasern anfasst.
Wenn eine Hummel auf einer Blüte landet, tauschen beide ihre Ladungen aus. Dabei bleibt auch Pollen am Pelz haften (Foto 1), ähnlich wie Styroporkügelchen an einer elektrostatisch geladenen Oberfläche. Das verändert für einige Zeit die Struktur des elektrischen Felds der Blüte. Forscher um den britischen Biologen Daniel Robert von der University of Bristol haben entdeckt: Hummeln nehmen die Felder und die damit verbundenen Informationen über den Status der Bestäubung wahr. Bei eingehenderen Untersuchungen fanden sie heraus, dass das Insekt so tatsächlich beurteilt, welche Blüte einen Besuch besonders lohnt.
Dazu boten die Forscher den Hummeln leicht elektrisch geladene Kunstblüten mit Zuckersaft sowie ungeladene mit einer bitteren Flüssigkeit an. Ansonsten waren die Futterstellen zum Verwechseln gleich. Wenn nun die Hummeln darauf losgelassen wurden, gewöhnten sie sich sehr schnell daran. Sie wussten die elektrische Information zu nutzen und besuchten bald bevorzugt die geladenen, süßen Ziele. Als die Wissenschaftler die verschiedenen Kunstblüten anschließend sämtlich ladungsfrei hielten, flogen die Insekten sie wahllos an. Offenbar verstehen die Hummeln die in den elektrischen Feldern codierte Information.
Echte Blüten haben unterschiedliche Geometrien, mit denen sie verschiedene elektrische Strukturen erzeugen. Da liegt die Frage nahe, ob Hummeln nicht nur pauschal zwischen geladenen und ungeladenen Blumen unterscheiden, sondern außerdem die Feldformen erfassen können. Um das herauszufinden, haben die Forscher Kunstblüten mit etwa der gleichen Spannung geladen. Bei den mit Nahrung präparierten wies das elektrische Feld aber eine konzentrische Form mit nach außen hin abnehmender Feldstärke auf. Demgegenüber war es bei den Blüten ohne Nahrung konstant stark. Die Hummeln lernten die Muster sehr schnell zu unterscheiden.
Elektrische Felder ergänzen also sinnvoll die Informationen durch Farben, Gestalt und Geruch. Doch mit welchen Sinnesorganen erkennen die Hummeln überhaupt die zusätzlichen Muster? Auf der Suche nach einer Antwort richteten die Biologen ihre Aufmerksamkeit auf die Haare und Fühler. Ausgangspunkt war die Feststellung, dass die feinen Strukturen des Pelzes und die Antennen vibrieren, sobald sie in ein elektrisches Feld geraten. Auch das kennen wir: Bei Menschen stellen sich die Körperhaare auf, wenn man etwa einen durch Reibung aufgeladenen Luftballon in die Nähe bringt. Das wiederum regt unsere empfindlichen Hautnerven an und vermittelt ein typisches, kribbelndes Gefühl.
Vielleicht ist es bei Hummeln ähnlich, und ihre zahlreichen Härchen dienen nicht nur der Wärmisolation, sondern auch als Sensoren für Felder. Um dem nachzugehen, registrierten die Forscher mit Hilfe von Laserstrahlen, wie die feinen Körperhaare und die Antennen der Tiere jeweils auf elektrische Einwirkungen reagieren. Gleichzeitig zeichneten sie die zugehörigen Nervensignale auf. Sie stellten fest: Sowohl die Haare als auch die Fühler werden wie steife Stäbe ausgelenkt, also ohne nennenswerte Biegungen. An der Basis registrieren mechanosensorische Neurone die Bewegungen und leiten entsprechende Signale weiter.
Alles in allem sind die Härchen also gute Sensoren. Unter Insekten und Spinnen ist die Nutzung von Borsten und Haaren als Sinnesorgane weit verbreitet, etwa für Schwingungen oder für die Position der Gliedmaßen. Daher ist ein Gespür für elektrische Felder bei ihnen wahrscheinlich ebenfalls gang und gäbe und dürfte viele Aspekte der Kommunikation von Tier- und Pflanzenwelt betreffen.

Quellen

Clarke, D.J., Whitney, H.M. et al.: Detection and learning of floral electric fields by bumblebees. Science 340, 2013
Sutton, G. P., Clarke, D. et al.: Mechanosensory hairs in bumblebees (Bombus terrestris) detect weak electric fields. PNAS 113, 2016

PDF: Bienen und Blumen unter Spannung

 

 

Diskussionen

6 Gedanken zu “Bienen und Blumen unter Spannung

  1. Sehr interessanter Artikel, dessen Studium sehr lohnt.

    Mir war aufgefallen, dass etwa eine Hummel beim verlassen einer Blüte schon die nächste ertragreiche Blüte kennt. Sie lässt sich so fallen, dass der anschließende Flug zu genau dieser Blüte führt. Das war schon immer eindeutig. Alles andere macht ja auch keinen Sinn. Insofern besitzt eine hummel also planungssinn.
    Alles sehr koordiniert, wie eine riesige, komplexe Maschine. Und das machen alles ein paar „wenige“ Neuronen .

    Verfasst von kopfundgestalt | 3. April 2020, 01:09
    • Das sehe ich auch so. Über die Sensorik für elektrostatische Signale verfügen wir ja auch, obwohl wir kaum Gebrauch davon machen. Wenn ich mit bestimmten Plastikschlappen im Haus unterwegs war, bekam ich oft einen elektrischen Schlag, wenn ich das eiserne Treppengeländer zu meinem Zimmer anfasste. Inzwischen habe ich gelernt auf meinen Elektrosinn zu „hören“ und benutze die Treppe freihändig. Die Warnung besteht darin, dass ich bei Annäherung an das Geländer ein leichtes Kribbeln in der Armbehaarung spüre. Bei langärmeligen Hemden reicht sogar die kaum nennenswerte Behaarung auf dem Handrücken, um mich zu alarmieren. Das müsste doch eigentlich ausbaufähig sein (?) 😉

      Verfasst von Joachim Schlichting | 3. April 2020, 10:16
      • Wenn man es trainieren würde?!
        Ganz im Ernst: Man hatte mal vor mehr als 10 Jahren ein Experiment gemacht und den Orientierungssinn des Menschen gestärkt, indem man ihm über Google Maps Impulse gab, wo sich im Stadtverbund bestimmte Geäude befanden.
        Es war dann so, daß der Probant tatsächlich über ein recht gesteigertes Raumempfinden verfügte. Er wusste ziemlich genau, in welche Richtung er gehen musste, um zum Punkt A zu kommen.
        Nach Absetzten der Apparatur blieb dieser erweiterte Sinn noch eine Weile erhalten.

        Naja, für Dich war das hier jetzt sicher nichts Neues, aber damals beeindruckte mich das schon.

        Verfasst von kopfundgestalt | 3. April 2020, 12:16
      • Interessantes Experiment. Kannte ich noch nicht. Jedenfalls schlummern noch einige Möglichkeiten im Menschen, von denen wir noch keine Ahnung haben. Doch zunächst steht der Virus auf der ToDo-Liste.

        Verfasst von Joachim Schlichting | 3. April 2020, 15:46
      • Hoffentlich können wirs tun.

        Noch 4 fragen zu deinem Artikel:
        1) Wieso ist die Erde leicht negativ geladen?
        2) Wie schnell im Verhältnis gleicht sich etwa neue Nektarproduktion und Feldwiederherstellung auf der Blüte aus?
        3) Kann eine Hummel erkennen, ob eine Fliege etwa nur gelandet ist und garnicht gesaugt hat?
        4) Und da auf bestimmten Blüten sehr unterschiedlich tief gesaugt werden kann, weiss die Hummel dann über Restbestände nicht bescheid?
        Ich denke auch, wenn man eine Blüte manuell ungeladen macht, dann kann die Hummel den Nektar, der noch voll da wäre, nicht erkennen.

        Verfasst von kopfundgestalt | 3. April 2020, 15:55
      • Gute Fragen!
        1. Die Ionosphäre, eine Schicht der Atmosphäre ab etwa 100 km Höhe, ist positiv geladen, daher ist die Erdoberfläche negativ geladen (wie bei einem Kondensator).
        2. Ganz genau weiß man das (noch) nicht, aber es dauert eine gewisse Zeit. Ob das mit der Geschwindigkeit der Nektarproduktion koordiniert ist, weiß ich nicht.
        3. Das dürfte noch unbekannt sein, weil es bislang wohl nur Arbeiten über die Hummel gibt.
        4. Auch das dürfte eine zu spezielle Frage sein, um bereits beantwortet werden zu können. Die Hummel könnte es allenfalls durch Zufall erkennen und dann in Konflikt geraten mit der elektrischen Information. Aber die Tierchen sind sehr lernfähig und passen sich geänderten Bedingungen schnell an. Ich bin kein Biologe und kenne die Dinge auch nur aus der Lektüre weniger Fachpublikationen (die beiden wichtigsten habe ich in dem Beitrag zitiert).

        Verfasst von Joachim Schlichting | 3. April 2020, 19:10

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