Bienen sind komplexe Lebewesen. Inzwischen sind zwar viele, aber längst nicht alle Verhaltensweisen bekannt, mit denen sich ein Bienenvolk untereinander verständigt, um Honig zu produzieren, sich zu vermehren und die Königin zu schützen. Sicher ist dagegen, dass die Bienenvölker, wie viele andere Insektenarten, zunehmend unter Stress stehen: Parasiten, Pestizide und der Klimawandel, häufig in Kombination miteinander, sorgen dafür, dass inzwischen vor allem wild lebende Völker vom Aussterben bedroht sind. Die ökologischen Folgen sind verheerend.

Um die Bienen zu schützen, setzen Forscher:innen seit geraumer Zeit vermehrt auf technische Lösungen, von smarten Sensoren im Bienenstock bis hin zu integrierten Heizungen, mit der die Insekten in kalten Wintern geschützt werden sollen. Ein interdisziplinäres Team der Universitäten Prag, Graz und Ankara hat jetzt ein robotergestütztes System entwickelt, um die Aktivität innerhalb des Bienenstocks zu beobachten.

Das in der aktuellen Ausgabe des Fachmagazins Science Robotics vorgestellte System trägt den Namen Aroba (Autonomous Robotic Observation and Behavioral Analysis). Es besteht aus kleinen, beweglichen Infrarotkameras, die an beiden Seiten eines Bienenstocks installiert werden. Sie sind in der Lage, selbstständig die Bewegung der Bienenkönigin zu verfolgen und verschiedene Daten zu erheben. „Der Einsatz eines Systems zur Untersuchung der Bienenkönigin und ihrer Interaktionen mit den Arbeitsbienen und den Wabenzellen ist von größter Bedeutung, um die Kernmechanismen des Bienenvolkes zu verstehen“, heißt es in der Studie.

Für die Entwicklung von Aroba mussten die Wissenschaftler:innen einige Herausforderungen meistern. Um möglichst lebensechte Ergebnisse zu erhalten, durfte das zu beobachtende Bienenvolk so wenig gestört werden wie möglich. Die mechanischen Elemente mussten nicht nur klein genug sein, um in einen Bienenstock zu passen. Sie durften außerdem nur minimale Erschütterungen und Geräusche verursachen, um die empfindlichen Insekten nicht zu irritieren. Auch durften sie das ausgeklügelte Belüftungssystem des Bienenstocks nicht beeinflussen.

Im Fokus des Systems standen vor allem die Bewegungen der Königin. Diese wurde auf ihrem Körper mit einer sogenannten Passermarke versehen, die als optischer Referenzpunkt für die Infrarotkameras diente: Einmal markiert, konnte das Kamerasystem die Königin inmitten tausender anderer Bienen erkennen und ihre Bewegungen verfolgen. Die robotergesteuerten Kameras bewegten sich dementsprechend an den Seiten des Bienenstocks oder zoomten selbstständig heran oder heraus.

Einen Monat lang haben die Forscher:innen den Bienenstock rund um die Uhr mithilfe von Aroba überwacht. Dabei haben sie ebenso makroskopische, mesoskopische sowie mikroskopische Einblicke in die Entwicklung des Bienenstocks erhalten. Sie konnten sehen, wie sich die Anzahl der Honigwaben entwickelt und die Anzahl und Dichte der Bienen bestimmen. Sie konnten sehen, wie viele Eier gelegt werden und diese auf einer Art virtuellen Bienenstockkarte vermerken.

Zudem konnten sie die Bewegungen der Königin auf ihrem Weg durch die Kolonie verfolgen. Das System war in der Lage, die genaue Ausrichtung der Königin zu bestimmen, die Anzahl der Arbeiterinnen um sie herum, sowie soziale Interaktionen wie die Fütterung und Reinigung der Königin durch die Arbeiterinnen. Insgesamt konnte das Team 23 solcher Key Behavioral Metrics (KBM) im Untersuchungszeitraum erfassen.

„Die Ergebnisse bieten einzigartige Einblicke in die Selbstregulierung und Interaktion der Honigbienen innerhalb ihres Bienenstocks“, schreiben die Verantwortlichen. Bislang waren solche Einblicke nur durch menschliche Beobachtung möglich und das auch nur in zeitlich begrenzten Rahmen, um die Kolonie nicht zu stören. Mit einem System wie Aroba sei es dagegen möglich, ein Volk über einen längeren Zeitraum kontinuierlich zu beobachten.

Die dadurch gewonnenen und aggregierten Daten könnten dabei helfen, Bienenvölker besser zu verstehen und sie künftig besser vor externen Einflüssen zu schützen: „Wechselwirkungen zwischen scheinbar unverbundenen Verhaltensweisen können als Frühwarnsystem für eine Verschlechterung des Gesundheitszustands von Bienenvölkern dienen“, heißt es abschließend.