• Gesunde Bestäuber – hochwertige Ernten

    Bayer-Experten Forschen für die Verbesserung der Bienengesundheit

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    Betriebshelfer im Miniformat: Honigbienen sind wichtige Bestäuber für viele Nahrungspflanzen wie Kirschen, Kaffee oder Erdbeeren – und damit auch ein wichtiger Produktionsfaktor für die Landwirtschaft.

Zahlreiche natürliche Helfer unterstützen Landwirte rund um den Globus bei ihrer Aufgabe, die wachsende Weltbevölkerung mit ausreichend Nahrung zu versorgen: Honigbienen und andere bestäubende Insekten sind für die Landwirtschaft unersetzlich. Aber sie werden von vielen Faktoren beeinflusst. Bayer-Forscher arbeiten daran, die Gesundheit der fleißigen Tiere zu verbessern – im Bienenstock und auf dem Acker.

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  • Herausforderung:
    Honigbienen und andere bestäubende Insekten helfen, unsere Nahrungssicherheit zu gewährleisten. Aber sie werden von vielen Faktoren beeinflusst.
  • Lösung:
    Bayer-Forscher arbeiten an Wegen, den Tieren zu helfen – etwa, indem sie Hilfsmittel zur Bekämpfung von Parasiten und Krankheiten im Honigbienenstock bereitstellen. 
  • Nutzen:
    Von gesunden Bestäubern profitiert auch die Landwirtschaft: Insektenbestäubung hilft, für qualitativ hochwertigere Früchte und höhere Erträge zu sorgen.         

Die fleißigen Feldarbeiter sind winzig, aber sie leisten Großes: Insekten wie Wild- und Honigbienen, Fliegen, Käfer oder Schmetterlinge bestäuben rund ein Drittel aller Nutzpflanzen weltweit – gemeinsam mit anderen Tieren wie Vögeln oder Fledermäusen. Die emsigen Landwirtschaftshelfer sorgen so dafür, dass auf Obst- und Gemüseplantagen weltweit qualitativ hochwertige Früchte reifen. Auch Äpfel tragen deutlich höhere Ernten, wenn Insekten den Pollen übertragen – und sich die Landwirte nicht nur auf den Wind verlassen müssen. „Mandelbäume oder Kürbis- und Melonenpflanzen würden ohne die tierischen Assistenten keine Früchte bilden – oder nur sehr wenige und qualitativ minderwertige“, erklärt Dr. Christian Maus, im Bayer Bee Care Center für die Bestäubersicherheit zuständig. Experten schätzen den ökonomischen Wert der tierischen Bestäubung weltweit auf mehr als 150 Milliarden Euro pro Jahr.

Dr. Klemens Krieger

Dr. Klemens Krieger kennt das Leben im Bienenstock – und seine größte Bedrohung, die Varroa-Milbe. Um wirksame Lösungen gegen den Parasiten zu finden, arbeitet er auch mit externen Partnern zusammen.

Der größte Bienenfeind misst kaum mehr als einen Millimeter: Varroa destructor

Die Westliche Honigbiene (Apis mellifera) hat einen großen Anteil an diesem Service. Die Insekten werden etwa in den USA gezielt zur Bestäubung von Mandelbäumen eingesetzt: Rund 1,7 Millionen Bienenvölker mit je bis zu 50.000 Tieren summen jährlich durch die Plantagen – mehr als die Hälfte aller Bienenvölker des Landes. „Die Honigbiene ist weltweit ein wichtiges Nutztier geworden“, sagt Maus. Doch die fleißigen Flieger sind bedroht. Ihr größter Feind misst kaum mehr als einen Millimeter, aber löscht beinahe weltweit ganze Bienenvölker aus: Varroa destructor heißt die Milbe, die sich an den Bienen festbeißt und sich von deren Hämolymphe, dem Bienenblut, ernährt. So schwächt das Spinnentier die Biene und überträgt dabei oft auch tödliche Infektionskrankheiten. „Ursprünglich kommt die Varroa-Milbe aus Asien und ist dort ein natürlicher Parasit der Östlichen Honigbiene (Apis cerana). Seitdem sie die Westliche Art befällt, hat sie sich aber fast in der ganzen Welt verbreitet“, erklärt Dr. Klemens Krieger, bei Bayer HealthCare, Division AnimalHealth, zuständig für Bienengesundheit. „Nur nach Australien hat sie es noch nicht geschafft.“

Nur nach Australien hat es die Varroa-Milbe noch nicht geschafft. 

Zerstörerische Milbe

Milben der Art Varroa destructor befallen nur Honigbienen. Außerhalb der Brutzeit hängen die weiblichen Milben auf dem Panzer der ausgewachsenen Bienen. Sie krabbeln zu den weichen Intersegmentalhäuten. Dort bohren sie ein Loch und ernähren sich von der Hämolymphe, einer blutähnlichen Flüssigkeit. So übertragen die Milben Krankheitserreger wie den „Deformed Wing Virus“, kurz DWV. Bei erkrankten Bienen sind die Flügel verkrüppelt, sie können nicht mehr fliegen. Die Milben pflanzen sich in den geschlossenen Brutzellen der Bienenstöcke schnell fort. Kurz bevor die Bienen diese mit Wachs verdeckeln, dringen die Milbenweibchen ein, schlüpfen unter die Bienenlarve und saugen sich an ihrer Hämolymphe satt. Am Grund der Zelle legen sie ihre Brut ab. Bei starker DWV-Infektion gehen die Bienen oft bereits vor dem Schlüpfen ein – und das Überleben des gesamten Volkes ist damit gefährdet.

Nur 

2.000

Varroa-Milben können ein Volk von 30.000 Honigbienen töten.

Die Imker haben nur wenige Methoden und Mittel, um den Schmarotzer zu bekämpfen. „Dazu gehören etwa organische Säuren, ätherische Öle und synthetische Wirkstoffe, sogenannte Akarizide. Bei sachgemäßer Anwendung töten sie die Milben gezielt ab, ohne die Bienen zu beeinträchtigen oder den Honig zu verunreinigen“, so Krieger. Die Entwicklung dieser hochspezifischen Mittel ist eine Herausforderung für die Experten aus Forschung und Entwicklung. Deshalb gibt es derzeit nur wenige Wirkstoffe, die für die Behandlung von Honigbienen zugelassen sind. „Wir müssen sie daher möglichst effizient und verantwortungsvoll einsetzen. Das bedeutet, Mittel mit unterschiedlichen Wirkmechanismen abwechselnd anzuwenden“, sagt Krieger. Nur so lässt sich die Selektion von Milbenstämmen, die gegenüber einem bestimmten Wirkstoff resistent sind, verhindern. Aber: „Das Risiko der Resistenzentwicklung wird von vielen Imkern unterschätzt“, sagt Krieger. Denn auch wenn die Bienenzüchter ihr Volk erfolgreich gegen die Varroa behandelt haben, können resistente Parasiten überleben. Werden sie dann nicht mit einem anderen Wirkstoff bekämpft, können sie sich ungehindert im Stock vermehren und eine resistente Population bilden. Hinzu kommt: Die Bienen verschleppen den Schädling immer wieder in andere Stöcke und verbreiten ihn dadurch. „Solange wir keine milbenresistenten Bienen haben, ist es für den Imker extrem wichtig, immer wieder zu prüfen, wie stark der Varroa-Befall im Stock ist. Nur so kann er seine Milbenbekämpfung anpassen und den Befall unter der Schadschwelle halten“, so Krieger.

Milbenwanderung

Die parasitische Varroa-Milbe kommt ursprünglich aus Asien. Von dort aus hat sie sich mittlerweile in Richtung Westen bei­nahe in der ganzen Welt verbreitet – und bedroht dort die Westliche Honigbiene. Einzig in Australien ist die Milbe bisher noch nicht gesichtet worden.

Die Bayer-Forscher fahnden im Erbgut der Milbe nach natürlich vorkommenden Mutationen, die den Parasiten resistent gegen die eingesetzten Akarizide machen. Eine winzige Veränderung kann ausreichen, den Wirkort so zu verändern, dass der Wirkstoff wirkungslos wird und nichts mehr gegen die Milben ausrichten kann. Krieger und seine Kollegen arbeiten eng mit dem englischen Forschungsinstitut Rothamsted Research zusammen: „Wir müssen die Mechanismen verstehen, die den Resistenzen zugrunde liegen. Nur so können wir die Parasiten nachhaltig bekämpfen“, erklärt Martin Williamson, Senior Scientist bei Rothamsted Research.

Martin Williamson

Wir müssen die Mechanismen verstehen, die den Resistenzen zugrunde liegen. Nur so können wir die Parasiten nachhaltig bekämpfen.

Fahndung im Erbgut: Entwicklung einfacher Nachweismethoden für resistente Milben

Sein Team hat bereits aufgedeckt, wie sich bestimmte Milben an die sogenannten Pyrethroide, eine akarizide Wirkstoffgruppe, angepasst haben. Die Forscher haben daraufhin einen molekularbiologischen Test entwickelt, der zeigt, ob eine Milbe pyrethroidresistent ist. Das wollen sie gemeinsam mit den Bayer-Wissenschaftlern auch für weitere Akarizide umsetzen. „Unser Ziel ist es, schnelle, einfache und preiswerte Nachweismethoden für alle Arten von Resistenzen zu entwickeln“, erklärt Krieger. So können Imker schnell klären, ob und welche Resistenzen bei den Milben in ihrem Bienenstock vorliegen – und dann die effektivste Behandlung wählen.

Bienen im Fokus: Die gewissenhafte Arbeit des Imkers ist nicht der einzige Faktor, der die Gesundheit seiner Honigbienen beeinflusst. Auch das Wetter spielt eine Rolle, und auch die landwirtschaftliche Praxis ist ein relevanter Faktor
Pflanzenschutzmittel stehen immer wieder in Verdacht, den Honigbienen zu schaden. Bayer-Wissenschaftler arbeiten deshalb stetig daran, die Mittel wie auch die Applikationstechniken noch sicherer zu machen.

Eine erste praktische Prüfmethode haben die Bayer-Bienenexperten gemeinsam mit Dr. Ralph Büchler, Leiter des Bieneninstituts in Kirchhain, entwickelt: die Varroa-Diagnose-Box. Die handgroße Schachtel wird mit rund 500 lebenden Bienen aus dem Stock befüllt. Der Imker verschließt die Öffnung mit einem Futterteig, durch den sich die emsigen Nektarsammler in rund sechs Stunden in die Freiheit fressen. Während dieser Zeit tötet ein akarizider Wirkstoff in der Box die eingeschleppten Milben ab. Sie bleiben auf dem Schachtelboden sichtbar kleben. Daraus rechnet der Imker die ungefähre Anzahl der Milben im Stock hoch und kann so den Gefährdungsgrad seiner Völker abschätzen. Derzeit testen die Forscher ihre Entwicklung unter verschiedenen Klima- und Haltungsbedingungen. „Wir überlegen, die Box auch zur Resistenzdiagnose einzusetzen. Das könnte funktionieren, wenn man unterschiedliche Wirkstoffe benutzt“, so Krieger. Für den Imker wäre es so einfach, direkt am Stock zu testen, ob sich resistente Milben eingenistet haben – und sie gleichzeitig zu bekämpfen.

Waffe der Natur

Ameisensäure verdunstet im Bienenstock – die entstehenden Dämpfe verätzen den Parasiten. Auch die Natur macht sich die Säure zu nutzen. Einige Ameisenfamilien, aus denen die Säure als erstes extrahiert wurde, nutzen die ätzende Flüssigkeit zur Verteidigung und spritzen sie auf ihre Feinde. Und auch andere Tiere wie Quallen, Skorpione und Käfer nutzen die Substanz zur Verteidigung. Selbst Pflanzen behelfen sich mit der Säure: Auch die Brennhaare der Brennnesseln sind mit Ameisensäure gefüllt.

Aber die Varroa-Milbe ist nicht der einzige Faktor, der die Gesundheit der Honigbienen bedroht: Auch das Wetter sowie die imkerliche und landwirtschaftliche Praxis bestimmen mit, wie es den Honigbienen und ihren Bestäuberkollegen geht.

Kontroverse Diskussion über den Einsatz von Neonikotinoiden in der Europäischen Union

Der Einsatz von Pflanzenschutzmitteln wird in diesem Zusammenhang häufig kontrovers diskutiert. Besonders im Fokus steht eine Gruppe von Pflanzenschutzmitteln, die sogenannten ­Neonikotinoide. Einige werden unter anderem als Schutzschicht auf Raps-, Mais- oder Soja-Saatkörner aufgebracht – Fachleute nennen das Beizen. Die systemischen Wirkstoffe dieser Produkte schützen schon Saatgut und junge Pflänzchen vor gefräßigen Insekten und wirken nach der Keimung von innen. „Für viele Kulturen ist die Beize essenziell“, erklärt Dr. Reinhard Frießleben, Leiter der Applikationstechnik bei Bayer CropScience. Denn die Mittel schützen beispielsweise Raps vor dem gefräßigen Rapserdfloh oder töten Drahtwürmer ab, die an Maiswurzeln nagen. Dabei muss das Pflanzenschutzmittel auf dem Saatkorn haften. Reibt sich das Mittel teilweise vor oder bei der Aussaat von den Körnern ab, ist es schwierig, vollständig zu vermeiden, dass der entstehende Staub in die Umwelt gelangt – wie beispielweise 2008 bei der Maisaussaat in einigen Regionen Deutschlands geschehen. Der Staub legte sich auf blühende Pflanzen in der Umgebung der Felder. „Und das kann bestäubende Insekten schädigen“, sagt Bayer-Forscher Frießleben. Bei qualitativ hochwertiger Beize entsteht wesentlich weniger Staub. Viele wissenschaftliche Studien, Daten aus Feldbeobachtungen und Risikoeinschätzungen zeigen, dass Neonikotinoide – unter realistischen Bedingungen – Bienenvölker nicht schädigen, wenn sie vorschriftsmäßig eingesetzt werden. Trotzdem hat die Europäische Union die Anwendung einiger Neonikotinoide eingeschränkt – sehr zum Bedauern der Landwirte. Sie verloren ein wichtiges Mittel zum Schutz vor Schädlingen. Und es gibt kaum wirksame Alternativen.

Kurze Geschichte der Neonikotinoide

Die Neonikotinoide kamen in den 1990er-Jahren auf den Markt. Für Landwirte waren sie eine willkommene Alternative zu anderen Mitteln, gegen die viele Schadinsekten resistent geworden waren. Gedämpft wurde der Erfolg Ende 2013: Die Europäische Kommission schränkte den erlaubten Einsatz mancher Mittel dieser Gruppe stark ein. Die Begründung: Man könne Schadeffekte der Wirkstoffe gegenüber Bienen nicht ausschließen. Das Thema wird weltweit kontrovers diskutiert. Allerdings kommen viele wissenschaftliche Studien zu dem Ergebnis, dass es keinen Zusammenhang zwischen der Verwendung von Neonikotinoiden und dem Rückgang von Honigbienen gibt.

Bayer-Forscher wollen Beizmittel noch sicherer machen – und so nützliche Insekten und die Umwelt schonen. Dazu arbeiten Experten von Bayer CropScience und Bayer Technology Services jetzt im Projekt ‚Zero‘ Dust eng zusammen. Ihr Ziel: die Entwicklung und Emission von Staub von gebeiztem Saatgut weiter zu reduzieren. Der Projektname ‚Zero‘ Dust bedeutet nicht, dass gar kein Staub freigesetzt werden wird. Sondern das Projekt umfasst alle Maßnahmen, die dazu beitragen, die Entwicklung und ­Emission von Staub zu verringern. Die Forscher und Entwickler beleuchten den ganzen Prozess – von der Zusammensetzung der Wirk- und Zusatzstoffe der Beizmittelschicht bis zur Ausbringung des Saatguts auf dem Feld. In einem der Teilprojekte entwickeln Landwirtschaftsexperten und Techniker eine Art Staubsauger für die Maisaussaat: „Der abgeriebene Staub, der bei der Handhabung und beim Säen gebeizter Körner entstehen kann, wird aus der Luft abgeschieden, zum Boden transportiert und dort eingegraben“, erklärt Dr. Lubos Vrbka, Environmental Modelling Bayer CropScience. Das Herzstück der Technologie ist ein Zyklonabscheider: Er saugt die aufgrund des pneumatischen Säprinzips entstehende Abluft der Sämaschine ein – und mit ihr auch Staub aus abgeriebenem Beizmittel und im Säprozess aufgewirbelter Erde. Dieses Gemisch wird im Zyklon tangential eingeblasen. Die Fliehkraft schleudert die Staubkörnchen an die Innenwand des Gefäßes. Von dort rieseln sie in einen Auffangbehälter und werden im Boden eingearbeitet. Die gereinigte Luft wird nach außen geleitet und nah am Boden ausgelassen.

SweepAir

SweepAir hilft dafür zu sorgen, dass von Saatkörnern abgeriebenes Beizmittel nicht in die Luft gelangt. Das System reinigt die Abluft des Säaggregats: Das Luft-Staub-Gemisch wird in den Zyklon eingeblasen, wo die Fliehkraft die Staubkörner an die Wand drückt. Von dort rieseln sie in einen Auffangbehälter und werden dann genauso wie die Körner in den Boden eingegraben.

Sweep Air Prototyp

Der SweepAir-Prototyp wurde für eine Feldstudie auf einer herkömmlichen Maissämaschine installiert. 

Interview: Martin Williamson

Martin Williamson

„Wir brauchen unterschiedliche Wirkmechanismen“

Martin Williamson ist Molekularbiologe und Senior Scientist bei Rothamsted Research in Großbritannien. „research“ sprach mit ihm über die Gefahr der Resistenzentwicklung bei Parasiten.

Wie entsteht Resistenz bei Parasiten?

Resistenz entsteht in der Regel durch Punktmutationen, die in der Natur bei allen Organismen sehr selten auftreten. Wenn eine solche Mutation zum Beispiel am Zielrezeptor für ein Pestizid auftritt, kann dieses Individuum nachfolgende Behandlungen mit höherer Wahrscheinlichkeit überleben. Die genetischen Veränderungen werden von einer Generation zur anderen weitergegeben und die weitere Selektion bei Anwendung des gleichen Pestizids kann schnell zu einer vollständig resistenten Population führen.

Worin liegt die Herausforderung bei der Erforschung der zugrunde liegenden Mechanismen?

Die größte Herausforderung bei der Varroa-Milbe ist, eine Reihe von Proben mit eindeutig charakterisierter Resistenz zu gewinnen, mit deren Hilfe wir die beteiligten Mechanismen identifizieren können.

Was können wir gegen Resistenzen bei der Varroa-Milbe tun?

Der Schlüssel liegt im Einsatz von Substanzen mit unterschiedlichen Wirkmechanismen. Im regelmäßigen Wechsel angewendet, können sie Resistenzen gegen eine bestimmte Substanz verhindern. Das ist natürlich nicht ganz einfach. Es gibt nur wenige Wirkstoffe zur Bekämpfung der Milbe und gegen jeden sind bereits Resistenzen bekannt. Wir müssen die zugrunde liegenden Mechanismen erkennen und auf dieser Grundlage schnelle Tests entwickeln. Dadurch müsste es möglich sein, festzustellen, welche Art von Resistenz vorhanden ist und daraufhin die wirksamste Behandlung für eine bestimmte Bienenpopulation oder eine Region zu empfehlen.

Bereits positive Rückmeldung von Landwirten und Geräteherstellern

SweepAir nennen die Bayer-Experten ihren Acker-Staubsauger. Landwirte in Italien und Deutschland testeten das Gerät in ersten Feldversuchen bereits erfolgreich. Doch die Forscher entdeckten dabei auch Schwierigkeiten: Der elektrisch aufgeladene Feinstaub etwa blieb an der Innenseite des Zyklons haften. Doch Techniker von Bayer Technology Services fanden die Lösung: „Wir haben einen Rüttler eingebaut, der den Behälter in Sekundenabständen vibrieren lässt. So löst sich der Staub und rieselt nach unten“, erklärt Dr. Volker Michele, Experte für Strömungstechnik bei Bayer Technology Services.

Das SweepAir-System bestand seinen Test auch schon im Julius Kühn-Institut: Die Experten dort vergleichen Sämaschinen mit einer Referenz-Maschine, die Luft und Staub nach oben ablässt. Mit SweepAir werden 99 Prozent weniger Staub freigesetzt. Europäische Landwirte setzen schon jetzt große Hoffnung in die neue Technologie. „Sie warten auf eine Lösung für ein verbessertes Risikomanagement für gebeiztes Saatgut. Dies sollte sich positiv auswirken auf die Perspektiven, Neonikotinoide wieder einsetzen zu dürfen“, so Vrbka. Von Landwirten und Geräteherstellern haben die Bayer-Experten bereits positives Feedback erhalten. Der Technologie-Transfer an die Maschinenhersteller steht bevor. Sie könnten dann entsprechende Geräte vertreiben. „Ein wichtiger nächster Schritt ist es, Behörden dafür zu gewinnen, die Nutzung dieser Technologie zu befürworten. Ihre Unterstützung wäre ein wichtiger Schritt, eine weiter optimierte sichere Anwendung von Neonikotinoiden zu gewährleisten“, erklärt Frießleben.