Bienen lernen von Artgenossen zu tanzen und Rätsel zu lösen

Soziale Insekten wie Bienen zeigen eine bemerkenswerte Bandbreite an Verhaltensweisen, von der Zusammenarbeit beim Bau strukturell komplexer Nester (komplett mit eingebauter Klimakontrolle) bis hin zur pragmatischen Arbeitsteilung innerhalb ihrer Gemeinschaften. Biologen haben diese Verhaltensweisen traditionell als vorprogrammierte Reaktionen angesehen, die sich über Generationen als Reaktion auf externe Faktoren entwickelt haben. Aber zwei Zeitungen berichteten letzte Woche über Ergebnisse, die darauf hindeuten, dass soziales Lernen ebenfalls eine Rolle spielen könnte.

Die erste, die in der Zeitschrift PLoS Biology veröffentlicht wurde, demonstrierte, dass Hummeln lernen konnten, einfache Rätsel zu lösen, indem sie erfahrenere Artgenossen beobachteten. Der zweite, veröffentlicht in der Zeitschrift Science, berichtete von Beweisen für ähnliches soziales Lernen darin, wie Honigbienen lernen, ihren typischen „Wackeltanz“ aufzuführen, um anderen Bienen in ihrer Kolonie zu sagen, wo sie Nahrung oder andere Ressourcen finden können. Zusammengenommen tragen beide Studien zu einer wachsenden Zahl von Beweisen für eine Art „Kultur“ unter sozialen Insekten wie Bienen bei.

„Kultur kann allgemein als Verhaltensweisen definiert werden, die durch soziales Lernen erworben und im Laufe der Zeit in einer Population aufrechterhalten werden und im Wesentlichen als ‚zweite Form der Vererbung‘ dienen, aber die meisten Studien wurden an Arten mit relativ großen Gehirnen durchgeführt: Primaten, Wale und Sperlingsvögel“, sagte Co-Autorin Alice Bridgesein Doktorand an der Queen Mary University of London, der in arbeitet das Labor des Co-Autors Lars Chitka. „Ich wollte insbesondere Hummeln untersuchen, weil sie perfekte Modelle für soziale Lernexperimente sind. Es hat sich bereits gezeigt, dass sie in der Lage sind, wirklich komplexe, neuartige, nicht natürliche Verhaltensweisen wie das Ziehen von Fäden sowohl individuell als auch sozial zu lernen.“

Seit Charles Darwin 1884 Hummeln beim „Nektarraub“ beobachtete – bei denen ein Sammler in die Basis einer Blume beißt, um den Nektar zu sammeln, aber die Pflanze nicht bestäubt – haben Wissenschaftler eine überraschende Fähigkeit zum sozialen Lernen bei Kreaturen erkannt alle Arten. Eine Evolutionstheorie namens Baldwin-Effekt besagt, dass bestimmte vorteilhafte Verhaltensmerkmale, die im Laufe des Lebens eines Lebewesens erlernt wurden, durch natürliche Selektion an seine Nachkommen weitergegeben werden. Bridges et al. beschlossen, die Möglichkeit zu untersuchen, dass soziales Lernen zu einzigartigen Verhaltensinnovationen bei Hummeln (Bombus terrestris) beigetragen haben könnte, anstatt rein instinktiv zu sein.

Wie wir bereits berichteten, führte Chittkas Gruppe eine Studie 2017 in dem gezeigt wurde, dass Bienen darauf trainiert werden konnten, kleine Holzkugeln zu rollen, um eine Belohnung zu erhalten. Aber die Gruppe bemerkte auch Fälle, in denen sich die Bienen dafür entschieden, die Bälle zu rollen, selbst wenn es keine offensichtliche Belohnung oder keinen offensichtlichen Vorteil gab. Die Bälle waren in einem Tunnel platziert worden, der den Bienenstock mit der Versuchsarena verband, in der sich das Futter befand. Mehrere Bienen liefen über die Kugeln oder hielten an, um sie auf ihrem Weg vom Futter hin und her zu rollen. Die Gruppe fragte sich, ob dies echtes Spielverhalten sein könnte.

Chittkas Labor veröffentlichte a Folge-Studie letztes Jahr über seine Beobachtungen von echtem Spielverhalten bei Bienen, die beim Rollen kleiner farbiger Holzkugeln gefilmt wurden. (Während viele Tiere dafür bekannt sind, dass sie spielen, handelt es sich normalerweise um großhirnige Säugetiere und Vögel.) Für Chittka war dies „ein starker Hinweis darauf, dass Insekten weitaus raffinierter sind, als wir uns vorstellen können“.

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Die Idee, Zwei-Optionen-Puzzle-Box-Experimente zu verwenden, um soziales Lernen zu erforschen, entstand aus früheren Forschungen Schimpansen (2005) und große Titten (2015). Für die Bienen entwarf das Chittka-Labor Puzzleboxen, die durch Drehen eines durchsichtigen Deckels geöffnet werden konnten, entweder durch Drücken im Uhrzeigersinn auf eine rote Lasche oder gegen den Uhrzeigersinn auf eine blaue Lasche. Damit kassieren die Bienen eine leckere Belohnung aus 50-prozentiger Saccharoselösung.

Eine Demonstratorbiene wurde darauf trainiert, eines der beiden Lösungsverhalten auszuführen, und dann zu einer Gruppe von untrainierten Bienen hinzugefügt. Alle Bienen durften frei zwischen den Puzzleboxen suchen, und ihr Verhalten wurde überwacht, um zu sehen, ob die Demonstratorbiene, die die Puzzlebox wiederholt „löste“, dazu führte, dass sich dieses Verhalten auf den Rest der Gruppe ausbreitete. Es gab auch Kontrollgruppen ohne Demonstratorbienen.

„Wir wollten sehen, ob Hummeln unter offenen Diffusionsbedingungen durch soziales Lernen ein nicht natürliches, neuartiges Verhalten erlernen können“, sagte Brücken. „Uns interessierte insbesondere, ob sie Variationen dieses Verhaltens lernen konnten, die spezifisch für ihren trainierten Demonstrator waren – genau wie diese Spezies mit größerem Gehirn.“

Genau das ist passiert. Sammelbienen in Kolonien, die Demonstratorbienen hatten, öffneten viel mehr Puzzleboxen als die Kontrollbienen, und sie verwendeten die Lösung, die ihnen in 98 Prozent der Fälle „beigebracht“ worden war, was darauf hindeutet, dass sie das Verhalten sozial gelernt hatten. In Folgeexperimenten mit mehreren Demonstratorbienen, von denen jede eine andere Lösung für die Rätsel lehrte, lernten die ungeschulten Bienen zunächst beide Methoden, aber im Laufe der Zeit entwickelten sich zufällig Vorlieben für die eine oder andere, ähnlich einer beliebten Modeerscheinung oder einem Trend. Sobald es eine bevorzugte Lösung gab, blieben die Bienen meist dabei.

Was die beiden Kontrollvölker betrifft, so lernte nur eine Biene, die Rätselkisten zu öffnen – eine „spontane Lernerin“, wenn man so will –, obwohl sie darin weniger geübt war und weit weniger Kisten öffnete als Bienen in Kolonien mit einem Demonstrator. Eine zweite Versuchsrunde, die länger lief, brachte ein paar spontanere Lerner hervor, die auch weniger kompetent waren. Allerdings war eine spontane Lernbiene mit 216 aufgezeichneten Schachtelöffnungen im Verlauf des Experiments ein Überflieger; sein engster Konkurrent in den Kontrollgruppen öffnete im gleichen Zeitraum nur 22 Kartons. Im Gegensatz dazu waren die trainierten Demonstratorbienen erfahrene Sammlerinnen und öffneten jeden Tag routinemäßig über 100 Puzzleboxen.

Die Ergebnisse stimmen mit früheren Studien über Schimpansen und Kohlmeisen überein, in denen die Autoren argumentierten, dass ein solches soziales Lernen die Kulturfähigkeit dieser Arten demonstriert. „Hummeln sind nicht dafür bekannt, kulturähnliche Phänomene in freier Wildbahn zu zeigen“, sagte Brücken. „Trotzdem scheinen unsere Bienen dazu in der Lage gewesen zu sein. Ich war auch überrascht, wie flexibel und innovativ das Verhalten von Hummeln wirklich ist. Dass einige Bienen gelernt haben, die Kästen selbst zu öffnen, war wirklich bemerkenswert und deutet definitiv darauf hin, dass Bienen kommen könnten.“ sich mit anderen neuen Verhaltensweisen in freier Wildbahn auseinandersetzen – solange sich die Gelegenheit und der Bedarf ergeben.“

Weitere Studien zum nektarraubenden Verhalten von Hummeln könnten mehr Licht auf die zugrunde liegende Mechanik werfen. Doch lässt sich dieses sozial erlernte Verhalten an nachfolgende Generationen weitergeben? Das ist bei dieser speziellen Hummelart schwieriger zu testen. „Die Hummeln in unseren Experimenten bilden Kolonien, die für eine einzige biologische Generation bestehen, bevor sie zusammenbrechen, aber Honigbienen, stachellose Bienen und einige tropische Hummeln bilden Kolonien, die viele Jahre bestehen.“ sagte Brücken. „Wenn eine natürlich vorkommende, langlebige Kultur in einem Wirbellosen zu finden wäre, wäre sie wahrscheinlich hier.“

Werbung Waggle wackeln

Dort setzt die zweite Studie an Wackeltänze bei Honigbienen kommt ins Spiel. „Wir beginnen zu verstehen, dass Tiere wie wir Informationen, die für ihr Überleben wichtig sind, durch Gemeinschaften und Familien weitergeben können.“ sagte James Nieh von der University of California San Diego, einem Co-Autor dieser Studie. „Unsere neue Forschung zeigt, dass wir dieses soziale Lernen jetzt auf Insekten ausdehnen können. Wir wissen, dass Bienen ziemlich intelligent sind und die Fähigkeit haben, bemerkenswerte Dinge zu tun.“

Honigbienen verwenden den Wackeltanz, um anderen Bienen zu sagen, wo sie wichtige Ressourcen wie Nahrung, Wasser, Baumharze und Nistplätze finden können. Der „Tanz“ besteht darin, mit dem Bauch in Form einer Acht zu wackeln, und das in einem bemerkenswert schnellen Tempo: Eine Biene kann sich in weniger als einer Sekunde um eine ganze Körperlänge bewegen. Längere Wackelläufe zeigen längere Entfernungen an, während der Winkel der Wackelrichtung die Richtung anzeigt. Die Qualität der fraglichen Ressource wird durch die Anzahl der Wiederholungen von Wackelläufen codiert und wie schnell jede tanzende Biene zurückkommt, um die aufeinanderfolgenden Läufe zu wiederholen.

Laut Nieh et al. gibt es eine starke genetische Komponente im Wackeltanzverhalten von Honigbienen, aber das Team stellte die Hypothese auf, dass unerfahrene Tänzer ihre Fähigkeit zur Kommunikation mit ihren Mitbienen verbessern könnten, indem sie von erfahreneren Wackeltänzern lernen. Die Arbeiterinnen beginnen im Alter von etwa acht Tagen, den wackelnden Sammlerinnen zu folgen, und beginnen mit 12 Tagen selbst zu tanzen, wobei sie normalerweise die gleichen „Routinen“ tanzen wie die älteren Bienen, die sie beschattet haben. Nieh et al. dachten, dass diese ersten frühen Wackeltänze daher mehr Kommunikationsfehler aufweisen würden, wenn die Bienen aufgezogen würden, ohne in der Lage zu sein, älteren Tänzern zu folgen. Also züchteten sie Honigbienenvölker mit gleichaltrigen Jungbienen und beobachteten das Auftreten von Wackeltanzverhalten, zusammen mit gemischten Kontrollvölkern mit älteren erfahrenen Bienentänzerinnen.

Die Ergebnisse unterstützten ihre Hypothese. Die ersten Wackeltänze von Bienen, die ältere, erfahrene Sammelbienen nicht beschatten konnten, waren gespickt mit Richtungs- und Entfernungsfehlern wertvoller Ressourcen. Während sie sich durch Übung oder das Beobachten anderer Bienen verbessern konnten, waren sie nie in der Lage, Entfernungen richtig zu codieren. Bienen in den gemischten Kontrollkolonien erhielten wertvolle soziale Hinweise, indem sie erfahrenen Tänzern folgten, sodass ihre ersten Tänze viel genauer waren. Und dieses soziale Wissen begleitete sie ihr ganzes Leben lang.

Im Wesentlichen haben die untrainierten Bienen ihren eigenen einzigartigen Ferndialekt entwickelt. „Wissenschaftler glauben, dass Bienendialekte von ihrer lokalen Umgebung geprägt werden.“ sagte Nieh. „Dann ist es für eine Kolonie sinnvoll, einen Dialekt weiterzugeben, der gut an diese Umgebung angepasst ist.“ Er und seine Co-Autoren glauben, dass ihre Ergebnisse darauf hindeuten, dass soziales Lernen die Signalgebung von Honigbienen prägt, ähnlich wie es bei vielen Wirbeltierarten der Fall ist.

„Es ist zumindest plausibel, dass es subtil unterschiedliche, sozial erworbene lokale ‚Kulturen‘ der Tanzsprache geben könnte, die von visuellen Merkmalen der Landschaft oder der räumlichen Verteilung von Nahrungsquellen abhängen“, erklären Chittka und Natasha Rossi (von der University of Sussex in Brighton) schrieb in einem begleitenden Kommentar. Sie zitierten a Studie 2008 zeigt, dass eine Honigbienenart lernte, den Abstandscode einer anderen Art zu lesen, sowie die eigene Studie von Chittka et al. über das spielerische Ballrollen bei Bienen. „Es ist daher plausibel, dass einige ihrer fortschrittlichsten Verhaltensinnovationen (einschließlich Elemente der Tanzsprache) zumindest teilweise durch individuelle Innovation und anschließendes soziales Lernen entstanden sind und später in der Evolution instinktiv wurden.“

DOI: Wissenschaft, 2023. 10.1126/science.ade1702 (Über DOIs).

DOI: PLoS Biologie, 2023. 10.1371/journal.pbio.3002019 (Über DOIs).