VW Stiftung - Sentinel Beehive

Echtzeit-Überwachung der 3D-Temperaturverteilung

Die Honigbiene ist für den Menschen sowohl in landwirtschaftlicher als auch in ökologischer Hinsicht von größter Bedeutung. Während der letzten Jahrzehnte litten Honigbienenkolonien unter einem neuen, noch nicht verstandenen Phänomen, der sogenannten Colony Collapse Disorder (CCD). Es wird angenommen, dass CCD auf komplexe miteinander wechselwirkende Stressoren zurückzuführen ist, um nur einige zu nennen: Ernährungsstress aufgrund des Verlusts einer angemessenen Futterverteilung im Laufe der Zeit, Umweltverschmutzung, Infektionen durch pathogene Mikroben oder Viren, die durch das Eindringen der parasitären Milbe Varroa destructor beschleunigt werden (Abbildung 1a).

Abbildung 1: (a) Foto einer Biene, die von einer Varroa destructor Milbe befallen wurde; (b) Skizze, die die T-Erfassungsgeometrie erläutert; (c) T-Erfassung basierend auf Tosylat-basierten ionischen Flüssigkeiten.

Eine Bienenkolonie muss als Superorganismus behandelt werden, bei dem die Existenz und die Lebensdauer eines jeden Individuums auf einer Vielzahl koordinierter, durch Endothermie gesteuerter Interaktionen zwischen Individuen beruhen. Dies wird durch physiologische Wärmeerzeugung und Regulierung der Körpertemperatur durch metabolische Aktivität erwachsener Honigbienen erreicht. Daher muss jede Phase des Lebenszyklus der Bienenvölker eine optimale und charakteristische dreidimensionale Temperaturverteilung (3D-TD) aufweisen.

Unsere Arbeitshypothese geht davon aus, dass es für jede Phase des Lebenszyklus der Bienenvölker eine optimale 3D-TD gibt. Wenn man diese 3D-TD kennt, kann man verschiedene schädliche Vorkommen in der Bienenkolonie erkennen und unterscheiden. Die Wiederherstellung der optimalen 3D-TD oder dessen Manipulation zur umweltschonenden Ausrottung der Varroamilben wird kein einfaches Verfahren sein (Abbildung 1b).

Hier schlagen wir vor, die Störung (Abweichung von der natürlichen 3D-TD) der sozialen thermischen Homöostase in Honigbienennestern als Reaktion des Bienenkoloniesuperorganismus auf externe Stressfaktoren wie parasitäre Milben und/oder Virusinvasionen zu nutzen. Das Erkennungsverfahren muss von Natur aus nicht invasiv sein: Nur wenn die untersuchte Bienenkolonie ihrer natürlichen Lebensabfolge folgt, ist die Reaktion auf einen externen Stressor authentisch. Das heißt, die Größe der Kolonie, die Futter- und Zuchttätigkeiten müssen möglichst natürlich sein.

Während des von der VW-Stiftung unterstützten Sentinel Beehive-Projekts verwenden wir die Abhängigkeit des Ohmschen Widerstands von ionischen Flüssigkeiten aus der Gruppe der Tosylate (Abbildung 1c) von der Probentemperatur als Messinstrument. Solche ionischen Flüssigkeiten weisen eine nachhaltige und gut reproduzierbare Temperaturempfindlichkeit von 50 mK auf und ermöglichen die Erzeugung von Sensorelementen mittels Tintenstrahldrucktechnologie.

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