Drohnen gelangen mit Bettel-Gen zum Futter

Ein Team aus Biologinnen und Biologen der Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf (HHU) hat gemeinsam mit Forschenden aus Bochum und Paris nachgewiesen, dass komplexes Sozialverhalten bei Bienen genetisch verankert ist. Im Fokus der Untersuchung stand ein genetischer Faktor, der das Bettelverhalten von Drohnen steuert. Bienenmännchen können die wichtigste Proteinquelle – den Pollen – nicht selbst verdauen. Daher sind sie auf einen vorproduzierten Nahrungsbrei der Arbeiterinnen angewiesen. Um diese zur Fütterung zu bewegen, müssen die Drohnen eine spezifische Abfolge von Verhaltensweisen zeigen und die Arbeiterinnen aktiv davon überzeugen, ihre Nahrung zu teilen.

„Ein solches kooperatives Verhalten ist im Tierreich eine komplexe Sache, da es eine enge Abstimmung zwischen den Sozialpartnern erfordert. Wir fragen uns in unserer Forschung, welche Voraussetzung erfüllt sein müssen, um dieses Zusammenspiel zu orchestrieren“, erläutert Prof. Dr. Martin Beye.

Das „Fruitless“-Protein steuert das kooperative Verhalten von Drohnen

Ein Forschungsteam um Prof. Beye untersuchte gemeinsam mit Forschenden der Université Paris-Saclay und der Ruhr-Universität Bochum die genetischen und neuronalen Grundlagen des kooperativen Bienenverhaltens. Sie suchten gezielt nach Regulatoren, die das Gehirn der männlichen Honigbiene bereits während der Entwicklung so verdrahten, dass später das angeborene soziale Verhalten für den Futteraustausch abgerufen werden kann. Dabei identifizierten sie das sogenannte „Fruitless“-Protein (kurz „Fru“) als entscheidenden Faktor für die Interaktion bei der Futterübergabe. Bei diesem Protein handelt es sich um einen Transkriptionsfaktor. Dieser ist ausschließlich in männlichen Bienen aktiv. Er besitzt die Fähigkeit, eine Vielzahl anderer Gene im Genom an- und auszuschalten.

CRISPR und QR-Codes: Wie High-Tech das soziale Netzwerk der Bienen entschlüsselt

Mithilfe der Gen-Schere CRISPR-Cas9 schleusten die Forschenden eine Sequenz des „grün fluoreszierenden Proteins“ in das Fru-Gen ein. Dadurch wurden die Zellen, in denen dieser Transkriptionsfaktor aktiv ist, optisch markiert. Auf diese Weise konnten sie ein neuronales Netzwerk von etwa 1.800 Neuronen identifizieren, das eng mit dem kooperativen Verhalten verknüpft ist. Um die konkrete Funktion zu prüfen, erzeugte das Team sogenannte Knock-out-Mutanten. Bei denen wurde der Faktor Fru gezielt ausgeschaltet. Zur Beobachtung versahen die Wissenschaftler diese Drohnen mit QR-Codes und überwachten ihr Verhalten mithilfe eines spezialisierten, automatisierten Kamerasystems.

Dr. Sven Köhnen: „Wir wiesen es im Nervensystem der Drohnen nach; und zwar in Neuronen, in denen sensorische Informationen verarbeitet werden und die zur Entscheidungsfindung dienen. Daraus schlossen wir, dass Fru das angeborene Verhalten der Männchen festlegen kann. Das Entscheidungsverhalten bei diesen Bienen war gestört. Sie konnten sich ihren Artgenossen nicht richtig nähern, bettelten kaum und erhielten so weniger Futter.“

Pia Ulbricht ergänzt, dass andere typische Verhaltensweisen der Drohnen nicht beeinträchtigt waren. Die Auffälligkeiten der Knock-out-Mutanten beschränkten sich ausschließlich auf den Kontext der Nahrungsaufnahme.

Genetisches Programm steuert das soziale Zeitmanagement der Bienen

Die Untersuchungen von Thomas Eltz ergaben zudem, dass die Mutanten kein verändertes Geruchsprofil aufwiesen. Die für die soziale Interaktion wichtigen körpereigenen Kohlenwasserstoffe, die den individuellen Geruch prägen, blieben unverändert. Ebenso stellten Prof. Dr. Julie Carcaud und Prof. Dr. Jean-Christophe Sandoz fest, dass das olfaktorische Zentrum zur Geruchsverarbeitung im Gehirn nicht von der Mutation betroffen war.

Prof. Beye: „Unsere Studie zeigt, dass das kooperative Verhalten der Drohnen durch ein genetisches Programm festgelegt ist, welches sich im Laufe der Evolution neu gebildet hat. Das Programm legt die neuronalen Kontrollen fest, also ob und wie lange die Verhaltenssequenz aufgrund einer wahrgenommenen sensorischen Information ausgeführt wird. Solch ein Mechanismus ermöglicht die nötige Anpassung an den Sozialpartner.“

Quelle

Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf (12/2025)