Angewandte Forschung: Informatik und Neurobiologie

Wie navigieren Bienen?

Eine Biene bewirtschaftet einen Radius von drei Kilometern um ihren Stock herum, in Einzelfällen fliegt sie aber bis zu sechs oder sieben Kilometer – und das ganz ohne Navi oder Straßenkarte. Wie machen die das? Ein von der gemeinnützigen Klaus Tschira Stiftung gefördertes interdisziplinäres Forschungsprojekt ist nun dieser Frage nachgegangen.

 

(ps) „Bienchen summ herum / Kehre heim mit reicher Habe“, so dichtete Hoffmann von Fallersleben in einem Kinderlied. Das tut das Bienchen auch – aber wie genau sie heimkehrt, wie sie navigiert, das war bislang unklar. Diesem Thema sind der Neurobiologe Prof. Randolf Menzel und der Informatiker Prof. Tim Landgraf nun in einem Forschungsprojekt nachgegangen. Im Kern ging es ihnen darum, „Licht ins Dunkel um die neuronalen Grundlagen der Bienennavigation und die inneren „Landkarten“ dieser Schwarmwesen“ zu bringen. Dabei sind sie innovative Wege gegangen und haben sich dabei auch der Robotik bedient. 

„Tiere navigieren nicht einfach durch zufälliges Herumlaufen oder Herumfliegen“, erklärt Randolf Menzel die Ausgangslage. Sie seien vielmehr „sehr zielgerichtet unterwegs.“ Bei Bienen sei besonders spannend, dass sie zuverlässig wieder zurück in ihren Stock finden. Und wenn sie dann eine interessante Futter- oder Wasserquelle gefunden haben, können sie Lage und Entfernung mit einem Tanz, dem sogenannten Schwänzeltanz, an ihre Artgenossen weitergeben. So weit, so bekannt. Wie genau die Biene das macht, wollten die Forscher nun herausfinden. „Uns fiel auf“, so Menzel, „dass über den Ort im Gehirn, wo sich dieser Kompass befindet, kaum etwas bekannt ist.“

Das bedeutete Hirnforschung im Miniaturformat: gefahndet wurde nach „einzelnen Neuronen“. Dabei kamen zunächst Drohnen zum Einsatz, die an den Bienen befestigt wurden und das Flugverhalten nachvollziehen. Dann wurden Sonden in das Gehirn eingesetzt, die die neuronale Aktivität während des Fluges messen. Den Forschern gelang es, Neuronen nachzuweisen, die immer bei Kurvenflügen aktiv sind. Damit wurde es „zum allerersten Mal möglich, die Aktivität einzelner Neuronen unter natürlichen Bedingungen im Flug zu registrieren“, so Menzel. Inhaltlich stehen sie trotzdem noch am Anfang: „vom wissenschaftlichen Ergebnis her“, sagt Menzel, sei es „nur ein erster Hinweis und der Anstoß für weitere Forschung.“ Den größten Nutzen der Arbeit sieht er woanders: „Das war methodisch ein riesiger Schritt.“

Auch Tim Landgraf betont, dass die technischen Herausforderungen groß waren. „Allein schon die Schwierigkeit, eine Biene neurobiologisch auf einem Gerät zu untersuchen, das durch die vier Antriebsmotoren sehr starke elektrische Felder erzeugt!“ Hier sind den Forschern Durchbrüche gelungen, die durchaus zukunftsweisend sind. „Das wirklich tiefsitzende Problem ist, dass wir nicht wissen, wie die Welt der Bienen genau aussieht. Wir haben aber einen Weg aufgezeigt, wie man diese Fragen möglicherweise beantworten kann“, so Menzel. Und Folgeprojekte gibt es auch schon: „Mit meiner Arbeitsgruppe untersuchen wir jetzt beispielsweise, wie die Bienen individuelles Wissen in das Kollektiv integrieren. Wir wollen jeden ‘Rechenschritt‘ dieses biologischen Computers verfolgen“, berichtet Tim Landgraf. 

Der Informatiker zeigt sich begeistert von dem Thema – und präsentiert zugleich, wie naturnah selbst ein Fach wie Informatik sein kann. Schon seine Bachelorarbeit in Informatik hat er über die Antennenbewegungen der Bienen geschrieben. Auch seine Begeisterung für Roboter konnte er damit weiter ausleben: „Ich habe schon mit Fußball spielenden, laufenden sowie schwimmenden Robotern gearbeitet und wollte endlich einmal etwas mit fliegenden Robotern machen.“ 
Wer nun auf den Geschmack gekommen ist und sich auch mit solchen faszinierenden Themen beschäftigen möchte, findet weitere Informationen zu Informatik und Neurobiologie hier:

 

Informatik: 

https://www.erfolg-im-beruf.de/vocatium-news/welt-der-informatik 

https://web.arbeitsagentur.de/berufenet/beruf/93944 

Neurobiologie / Neurowissenschaften:

https://www.hochschulkompass.de/mathematik-naturwissenschaften/neurowissenschaften.html 

Quellen:

https://www.presseportal.de/pm/130932/5440760 

https://www.spektrum.de/frage/sind-hummeln-wirklich-zu-dick-zum-fliegen/1335685 

 

 

21.02.2023

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