Ein- und Ausflugverhalten eines Hummelstaates im Bezug zu Klimabedingung und Entwicklungsstadium

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1 Reichenbach-Gymnasium Ennepetal Ein- und Ausflugverhalten eines Hummelstaates im Bezug zu Klimabedingung und Entwicklungsstadium Facharbeit im Leistungskurs Biologie von Lukas Josek Schuljahr 2005/06

2 2 Inhaltsverzeichnis 1 Einleitung 3 2 Das Verhalten der Hummel Jahreszyklus und Sozialverhalten der Hummel Flugverhalten Bedeutung der Hummel für die Wirtschaft 8 3 Versuch zur Flugfrequenz der Hummel Fragestellung Versuchsaufbau und verlauf Spezialnistkasten von Harry Abraham Lichtschranke und Zähler Präparation des Nistkastens Auswahl des Neststandortes Installation des Nistkastens Versuchsergebnis Fehlerquellen 14 4 Fazit 16 Quellenverzeichnis 17 Erklärung der Eigenständigkeit 18

3 3 1 Einleitung Jedes Jahr trifft man im Frühling und Sommer auf Schwärme der Hummel. Jedoch sind ihr Auftreten und ihre Häufigkeit meist von Tag zu Tag unterschiedlich. Diese Facharbeit beschäftigt sich deshalb mit der Untersuchung der Gründe für dieses differentielle Ausflugverhalten. Hierfür werde ich zunächst eine Erarbeitung des Verhaltens der Hummel anführen. Dies soll als Grundwissen für das Weitere dienen. Dem wird die Bedeutung für die Wirtschaft folgen, um einen Nutzen für die möglichen Erkenntnisse dieser Arbeit zu zeigen. Die eigentliche Untersuchung soll durch einen Versuch erfolgen, in dem die Ein- und Ausflugrate der Hummel in Bezug auf die Staatenentwicklung und die klimatischen Verhältnisse bestimmt und untersucht wird. Da sich im Verlauf des Versuches kein Erfolg einstellte wird im Anschluss eine Fehleranalyse stattfinden, in der die möglichen Gründe für das Scheitern des Versuches erarbeitet werden.

4 4 2 Das Verhalten der Hummel 2.1 Jahreszyklus und Sozialverhalten der Hummel Die Hummel ist ein sozial lebendes Insekt. Wie auch viele ihrer in Europa lebenden Verwandten, den Bienen, bildet sie matriarchalisch - gegliederte hierarchische Kolonien oder Staaten, d.h. dass die Nestkolonien der Hummeln von jeweils einer Hummelkönigin regiert werden. Im Gegensatz zu vielen Bienenarten ist die Lebensdauer eines solchen Hummelstaates jedoch auf ein Jahr begrenzt. Dieser Jahreszyklus spiegelt sich dementsprechend auch im Sozialverhalten des Staates wieder. Daher ist es sinnvoll, das Sozialverhalten der Hummel im Hinblick auf ihren Jahreszyklus chronologisch zu beschreiben. Die Entwicklung eines Hummelstaates beginnt mit einer einzigen Hummelkönigin. Diese verbringt den Winter in vor der Kälte geschützten Winterquartieren. Bevorzugt werden von ihr kleine Erdhöhlen, sie überwintert aber auch je nach Art unter einer Laub- oder Moosschicht am Boden. Neben der natürlichen Dämmwirkung der Erde ist die Hummel außerdem durch ein körpereigenes Frostschutzmittel geschützt: Durch eine gesteigerte Glycerinproduktion kann die Hummel Temperaturen bis zu -15 C überleben. In diesem Winterschlaf verweilt die Hummelkönigin in besonders kalten Regionen bis zu 8 Monate lang in der Winterstarre. Der Anstieg der Temperaturen im Frühjahr ist für die Hummel das Signal ihr Winterquartier zu verlassen. Dies geschieht je nach Art zwischen dem frühen März und dem späten April. Geschwächt vom langen Winter geht die Königin zunächst auf Nahrungssuche und fliegt auf nahe gelegenen Wiesen Blüten an, um ihre Energiereserven aufzufrischen. Anschließend beginnt sie eine passende Stelle für ein neues Nest zu suchen. Hierzu fliegt sie dicht über dem Boden in jedes Loch, das sie findet, bis sie einen passenden Ort für die Gründung eines Staates gefunden hat. Hatte sie Erfolg bei der Suche, so kann man die Königin kreisförmig über diese Stelle fliegen sehen. Dies hat den Grund, dass sie sich ihren neuen Neststandort genau einprägt, da sie auf ihren Nahrungsflügen weite Strecken zurücklegt und trotzdem wieder zurück finden

5 5 muss. Häufig nisten sich junge Königinnen in verlassen Nestern von Mäusen ein, da sich hier meist noch Haare, Moos, etc. befinden. Dies benutzt die Königin dann zur Dämmung des neuen Nestes. Aus einer Drüse am Hinterleib sondert die Königin als erstes im neuen Nest ein spezielles Hummelwachs, welches sie daraufhin zu einem Honigtopf zerkaut. In diesem Honigtopf sammelt sie nun Nektar und Pollen für die Aufzucht der ersten Arbeiterinnengeneration. Mit dem Nektar und dem Pollen bereitet die Königin eine Masse die man als Pollenbrot oder auch Bienenbrot bezeichnet. Auf diese Masse legt die Königin nun 5-15 Eier ab, verschließt diese und bebrütet sie daraufhin mit ihrem Hinterleib. Zudem vibriert die Königin mit ihrer Flugmuskulatur, was zusätzliche Wärme bedeutet. In dieser Zeit verlässt die Königin das Nest kaum. Nach ca. 4 tagen schlüpfen daraufhin die Larven, welche sich zunächst vom Pollenbrot ernähren. Später sind sie aber auf Pollen und Nektar, den die Königin sammelt, angewiesen. Nach ca. 8 Tagen verpuppen sich die Larven und nach ca. 10 weiteren Tagen, in denen die Königin bereits weitere Eier legt, hat die erste Arbeiterinnengeneration die Metamorphose beendet und ist aus den Kokons geschlüpft. Die neuen ausgewachsenen Hummeln bilden nach der ersten Kaste, welche die Königin beschreibt, die zweite Kaste der Arbeiterinnen. Die Königin sondert von diesem Moment an ein Pheromon ab, das das Legen von geschlechtlichen Eiern, verhindert, da auch Arbeiterinnen prinzipiell in der Lage sind Drohnen (3. Kaste), also männliche Hummeln unbefruchtet hervor zu bringen. Zunächst kümmern sich die ersten Arbeiterinnen um die Pflege und Brut der nachfolgenden Generationen, doch nach einigen Tagen beginnen diese auf Nahrungssuche zu fliegen, was sich in einer erhöhten Flugfrequenz zeigt. Die Königin hingegen kann sich nun ganz dem Eierlegen widmen, wodurch die Staatengröße schnell stark zunimmt. Im Spätsommer hat das Nest seine maximale Größe und Produktivität erreicht. Die Königin hört nun auf das Pheromon, das das Eierlegen von Jungköniginnen und Drohnen verhindert, abzusondern. Sowohl die Königin, als auch einige wenige Arbeiterinnen beginnen jetzt Geschlechtstiere zu brüten. Die neuen Jungköniginnen können allerdings nur von der Staatenkönigin hervorgebracht werden, Drohnen hingegen auch von Arbeiterinnen. Legen die Arbeiterinnen

6 6 ihre Eier ab, so versucht die Königin diese abzutöten, da sie ihre eigenen Nachkommen bevorzugt. In der Folge kann es vorkommen, dass es im Staat zu großer Aggressivität einiger dominanter Arbeiterinnen kommt, was in der Tötung der Königin gipfeln kann. Der Staat beginnt in dem Fall zu sterben, da keine neuen Arbeiterinnen gebrütet werden. Die männlichen Drohnen paaren sich nun, je nach Art spätestens im August, mit den Jungköniginnen, damit diese im nächsten Jahr Arbeiterinnen brüten kann, denn unbefruchtete Eier führen nur zu einer Brut bestehend aus Drohnen. Die begatteten Jungköniginnen bereiten sich letztlich auf ihren Winterschlaf vor, indem sie sich einen großen Nahrungsvorrat in Form von Fett und Glycogen anfressen und daraufhin in ein bodennahes Winterquartier fliegen. Jedoch überlebt nur jede zehnte Hummel diesen Winterschlaf. Die Überlebenden leiten im nächsten Jahr einen neuen Zyklus ein. 2.2 Flugverhalten Hummeln kann man schon fliegen sehen, wenn es für andre Arten, wie z.b. Wild- oder Honigbienen noch zu kalt ist. Dies hat drei Gründe. Zum einen hat eine Hummel einen sehr haarigen, fast schon pelzigen, Körper und außerdem hat sie einen kompakteren Körperbau als die meisten Bienenarten, was zur Folge hat, dass das Verhältnis der Oberfläche zum Volumen kleiner ist. Beides führt zu einer geringeren Wärme- und Energieabgabe. Der dritte Grund ist die Fähigkeit der Hummel zur Thermoregulation. Hierzu kann die Hummel ihre Flugmuskulatur als Heizung verwenden. Diese Muskulatur ist besonders ausgeprägt, da sie die Belastung des Fluges mit ca. 200 Flügelschlägen in der Sekunde aushalten muss. Während des Fluges heizt sich diese schnell auf. Sie würde allerdings ihre Wärme durch den Blutfluss schnell an den Rest des Körpers abgeben. Um dies zu verhindern hat sich im Hummelkörper eine Art Wärmeaustausch zweier Blutströme entwickelt:

7 7 Zwischen dem Thorax (Brustkorb) und dem Abdomen (Hinterleib) befindet sich die so genannte Wespentaille. In dieser führen zwei Blutströme sehr dicht aneinander vorbei. Der erste führt das durch die Flugmuskulatur aufgeheizte Blut vom Thorax in das Abdomen, das zweite das kältere Blut vom Abdomen in den Thorax. Durch die unmittelbare Nähe der zwei Ströme geht nun ein Teil der Wärme vom aufgeheizten zum kalten Blutstrom über, so dass das Abdomen kalt und die Wärme im Thorax bleibt. Diese Anpassung hin zur Kälteresistenz erlaubt es der Hummelkönigin bei Temperaturen von bis zu 0 C, einer Arbeiterin ab 6 C auszufliegen (Bienen fliegen erst ab 8 C). Dies macht es der Hummel außerdem möglich früher auszufliegen und auch später wieder in das Nest zurückzukehren. So kann es vorkommen, dass ein Nest ein Flugfenster von 4 bis 22 Uhr hat. Insgesamt hat die Hummel einen höheren Energieverbrauch als eine Biene und im Gegensatz zu ihr bildet die Hummel keine Honigwaben im Nest aus, sondern lagert den Nektar in ungeordneten Honigtöpfen, den Überresten der Brutstätten, welche nicht so effektive Lagerstätten wie die Bienenwaben sind. Dies hat zur Folge, dass die Arbeiterinnen auch bei schlechterem Wetter, wie z.b. Nieselregen und Wind, ausfliegen müssen, um den hohen Energieeigenbedarf und den der Larven zu decken, während Bienen von ihren Vorräten zehren können. Dem Energiebedarf entsprechend fliegt die Hummel bei ihren Nahrungsflügen in einer Stunde bis zu 500 Blüten an. Hierbei ist es ihr möglich ihr Gewicht durch Nektaraufnahme zu verdoppeln. Auf ihren Flügen legt sie sehr weite Strecken zurück, um genug Nahrung zu finden. Um daraufhin wieder punktgenau ihr Nest zu finden, orientieren sich die Arbeiterinnen bei ihren Flügen am Stand der Sonne. Ein weiterer Faktor für die Verteilung der Ausflüge ist die Blütenstetigkeit, die sich nach mehreren Flügen einstellt: Hummeln, die schon einige Erfahrung im Bezug auf Blüten und deren Nektar- und Pollenvorkommen gesammelt haben, spezialisieren sich auf eine bestimmte Pflanzenart, um ihre Produktivität zu steigern. Dem zur Folge fliegt die Hummel nicht einfach die nächst Beste Blüte an, sondern nimmt lieber einen längeren Weg in Kauf, um zu der Blüte zu fliegen, auf die sie sich spezialisiert hat.

8 8 2.3 Bedeutung der Hummel für die Wirtschaft Die Agrarwirtschaft nutz unlängst das Verhalten bestäubender Insekten für die Produktivitätssteigerung. Diese sind es, die erst durch die Bestäubung der Blüten die Befruchtung einleiten. Nur unter der Voraussetzung einer Befruchtung tragen Nutzpflanzen Früchte. Die Hummel ist zu diesem Zweck besonders geeignet. Sie ist sehr effektiv, da sie sehr viele Blüten auf ihrer Nahrungssuche anfliegt und durch ihren haarigen Körper auch viele Pollen an ihr hängen bleiben. Durch ihr natürliches Verhalten ist sie außerdem sehr anspruchslos und fliegt auch bei Kälte, Regen und Wind aus. Ertragsausfälle aufgrund ungenügender Bestäubung wegen Schlechtwetterperioden sind also sehr unwahrscheinlich. Nicht zuletzt ist die Hummel ein sehr unaggressives Insekt. Sie ist nicht in der Lage Feinde durch Pheromone zu markieren, um andere Hummeln zur Verstärkung zu holen und stechen nur zu wenn sie gequetscht werden oder das Nest in Gefahr scheint. Dies alles macht es möglich, Arbeiter in unmittelbarer Nähe, ohne Risiko einzusetzen. Besonders benötigt werden Hummeln dort, wo natürliche Bestäubungsmöglichkeiten fehlen, wie z.b. in Gewächshäusern. Daher stellen Hummeln als Nutztiere einen wichtigen Stützpfeiler der Wirtschaft dar.

9 9 3 Versuch zur Flugfrequenz der Hummel 3.1 Fragestellung Untersuchung des Flugverhaltens anhand der Flugfrequenz eines Hummelstaates in Anbetracht des Entwicklungsstadiums des Staates und der Wetterverhältnisse. 3.2 Versuchsaufbau und -verlauf Ein Nistkasten wird mit einer Lichtschranke und einer Zählvorrichtung am Eingang des Kastens versehen in einem Garten aufgestellt. Sobald sich ein Nest gebildet hat werden die Daten des Zählers mehrmals am Tag abgelesen und, ebenso wie die Wetterdaten einer in der Nähe gelegenen Wetterstation, notiert. Parallel dazu wird das Nest und das Verhalten des Staates beobachtet Spezialnistkasten von Harry Abraham Im Gegensatz zu konventionellen Nistkästen, bei denen meist mehrere Male versucht werden muss eine Hummelkönigin einzufangen und in den Kasten zu setzen, bietet der Nistkasten von Harry Abraham eine hohe Wahrscheinlichkeit, dass sich eine Königin freiwillig ansiedelt, da der Kasten und seine Lage einem Mäuseloch ähnelt. Er besteht aus witterungsbeständigen Materialien und ist wasserfest, so dass das Nest im Inneren trocken bleiben würde. Der 340mm x 250mm x 240mm große Nistkasten wird an passender Stelle bis zum Eingang, der über einen Schlauch in das Innere führt, eingegraben. Der Eingang befindet

10 10 sich also unmittelbar über dem Boden. Falls sich der Staat im Inneren des Kastens stark genug vermehrt, wird ein ca. gleich großer Klimaaufsatz auf den eigentlichen Nistkasten gesetzt, um Schwitzwasserbildung zu verhindern. Dieser Aufsatz lässt die Transpiration durch Edelstahlgitter zu, welche seitlich an ihm befestigt sind. Um Parasitenbefall durch Wachsmotten oder Ähnlichem zu verhindern, wird am Eingang ein einfaches Plättchen befestigt. Dieses wird zunächst mit einem Streichholz oder irgendeinem passenden Stück Holz verkeilt, so dass der Eingang zunächst offen steht. Mit der Zeit muss dann dieses Plättchen immer weiter geschlossen, das Hölzchen immer weniger verkeilt werden, so dass die Hummeln eine Lernphase durchlaufen, in der sie mehr und mehr in der Lage sind das Plättchen anzuheben, bis sie ohne Probleme das Nest betreten können. Parasiten wird es dadurch unmöglich das Nest zu betreten und der

11 11 Staat ist damit geschützt Lichtschranke und Zähler

12 12 Die Lichtschranke, sowie der Zähler werden am Eingang des Nistkastens befestigt an einer Spannungsquelle von 15V vor dem Regen geschützt angebracht. Die Lichtschranke besteht aus einem Infrarotsender und einem Foto-Transistor. Am Schlauch lässt sich die Lichtschranke gut positionieren, da dieser mit ca. 1 cm Durchmesser einen guten Abstand zwischen Sender und Empfänger bietet. Dafür wird an beiden Seiten des Schlauches ein Loch geschnitten, so dass sich der Infrarotsender und der Foto-Transistor genau gegenüberstehen. Der Sender gibt nun kontinuierlich ein Infrarot-Signal ab, welches der Foto-Transistor empfängt. Solange dieser das Signal weiter empfängt bleibt der Stromkreis an dem verschalteten Zähler geöffnet. Wird das Signal unterbrochen, so schließt sich der Stromkreis des Zählers und an dessen Display wird die Unterbrechung angezeigt Präparation des Nistkastens Der Nistkasten muss auch im Inneren einem natürlichen Habitat einer Hummel, d.h. einem Mäuseloch, möglichst ähneln. Daher wird auch der Innenraum zunächst präpariert. Auf eine neutrale Basis (in dem Fall Kleintierstreu) wird zu diesem Zweck Polsterwolle fein verzupft verteilt. Mit dieser wird eine kleine Höhle geformt, in die man ein wenig Moos verteilen kann. Hierdurch gaukelt man der Hummelkönigin eine verlassene Mäusehöhle mit Tierhaaren und Moos als Nistmaterial vor.

13 Auswahl des Neststandortes Eine passende Stelle für die Ansiedlung eines Hummelstaates konnte ich nach Beobachtung einer Hummelkönigin finden. Diese kreiste etwa eine Minute lang über eine Stelle meines Gartens. Dieses Verhalten kann als Nestsuche gedeutet werden. Nach Untersuchung dieser Stelle stellte ich fest, dass diese tatsächlich gute Voraussetzungen für einen Nistplatz besitzt. So hat der Standort eine geschützte Lage gegenüber der Sonne, da hier die Morgensonne auf den Nistkasten scheinen, die zu heiße Mittags- und Abendsonne jedoch von Hecken auf der Südseite des Kastens abgehalten werden würde. Die Hecken würden zudem auch einen Schutz gegenüber eventuellem Regen geben, der hier meist aus Süden schlägt. In der Umgebung befinden sich außerdem viele Gärten, in denen es ein reiches Angebot an Blütenpflanzen gibt und hinter einem Acker gegenüber meinem Garten befindet sich eine große Weide. Daher wäre auch das nötige

14 14 Nahrungsangebot an diesem Standort vorhanden Installation des Nistkastens Die Installation des Nistkastens fand am Freitag, dem 5. Mai statt. Hierzu wurde der Boden am zuvor bestimmten Standort abgetragen. Die Tiefe des Loches entspricht dem Abstand vom Eingang zum Boden des Nistkastens. Bis zum Eingang wurde daraufhin der Kasten im Loch eingeschüttet.

15 15 Als Letztes musste nur noch der Nistkasteneingang mit Moos, welches vorher abgetragen wurde, abgedeckt werden, so dass nur noch ein Loch im Boden zu sehen ist und die Hummel dieses für eine natürliche Höhlung hält. 3.3 Versuchsergebnis Leider ist der Versuch misslungen. Da sich keine Hummeln im Nistkasten angesiedelt haben, konnten keine Beobachtungen im Bezug auf Verhalten des Staates und Flugfrequenz gemacht werden. 3.4 Fehlerquellen Es besteht immer die Chance, dass sich in einem Nistkasten, bei dem keine Königin gefangen und aktiv angesiedelt wurde, keine Hummel ansiedelt. Zwar ist diese Wahrscheinlichkeit durch den Einsatz und die optimale Positionierung des Spezialnistkastens Harry Abrahams sehr gering gehalten. Die äußeren Einflüsse sind jedoch nicht beeinflussbar. Der Kasten wurde am 5. Mai installiert. In einem normalen Jahr wäre das wahrscheinlich zu spät. Beobachtungen der Hummelaktivitäten verschiedener

16 16 Arten aber zeigten, dass eine generelle spätere Ansiedlung aller Arten stattfand, da Hummelarbeiterinnen erst ab einer Temperatur von 6 C ausfliegen und die Königin daher gezwungen war, passende Temperaturen abzuwarten. Dies kann also nicht ausschlaggebend für das Scheitern des Versuchs gewesen sein. Betrachtet man die Wetterdaten des letzten Jahres, so stellt man fest, dass es dieses Jahr einen besonders harten Winter gegeben hat. Wie im folgenden Diagramm zu sehen waren die Durchschnittstemperaturen weitestgehend normal. Im März unterscheiden sich diese Jedoch sehr stark von den Vorjahren. Vergleich der Durchschnittstemperaturen in den Wintermonaten Temperatur in C November Dezember Januar Februar März 2002/ / / /06-4 So spät im März sind die Temperaturen sogar noch niedriger als in den Vormonaten gewesen. Betrachtet man sich den März nun genauer, so stellt man fest, dass es in diesem Monat einen regelrechten Temperatureinbruch gegeben hat. Tiefsttemperaturen des Monats März 10 5 Temperaur in C Tag

17 17 Die Tiefsttemperatur reichte bis -11 C. Die minimale Temperatur, die eine Hummelkönigin aushalten kann beträgt -15 C. Allerdings sind ihre Energievorräte zu dem Zeitpunkt fast aufgebraucht, so dass diese Minimaltemperatur nicht unbedingt erreicht werden muss. Um dem Kälte- oder Hungertod zu entgehen sammeln einige Hummelköniginnen im Februar neue Nektarvorräte. Dies wurde jedoch durch den starken Schneefall verhindert, da alle Wiesen unter einer dicken Schneeschicht lagen und sich noch keine Blüte zeigen konnte. Unter diesen Bedingungen konnten viele Königinnen nicht überleben. Die geringere Anzahl an Hummeln in diesem Frühjahr kann auch durch eigene Beobachtungen bestätigt werden. Letztlich lässt sich sagen, dass die geringe Anzahl an Hummelköniginnen, resultierend aus dem strengen, langen Winter, die Wahrscheinlichkeit für eine Nestbesiedelung stark verringert hat, was zum Scheitern des Versuchs geführt hat. 4 Fazit Letztendlich lässt sich sagen, dass das Scheitern des Versuchs nicht zum Scheitern der Facharbeit geführt hat. Die eigentliche Fragestellung konnte zwar nicht genau geklärt werden, aber die Analyse der Fehlerquellen konnte dennoch Aussagen im Bezug auf das Flugverhalten der Hummel machen. Diese Aussagen können aber nicht auf das generelle Verhalten

18 18 übertragen werden, sondern beziehen sich auf die spezielle Wetterkonstellation des Winters 2005/06. So lässt sich durch die Untersuchung der Wetterdaten und durch das allgemeine Verhalten belegen, dass der besonders strenge und lange Winter zu einem erhöhten Hummelsterben geführt hat. Um die eigentliche Untersuchung durchzuführen, wäre es jedoch notwendig den Versuch nach einem milderen Winter zu wiederholen. 5 Quellenverzeichnis Abraham, Harry. Gebrauchsanweisung für Hummelnistkasten. Conrad Electronic GmbH, Bedienungsanleitung IR-Lichtschranke Sender/Empfänger H.-J. Martin & Partner, 1. Juli Online im Internet: URL: ]

19 19 Hünerbein, Manfred.Wetterstation von Manfred Hünerbein. Online im Internet: URL: [Stand ] Mühlen, Werner. Wildbienen Biologie-Bedrohung-Schutz Landwirtschaftskammer Nordrhein-Westfalen S Ölschlägel, Michael. Insektenstaaten. Online im Internet: URL: ] Schlecht, Alexander. Bombus. Online im Internet: URL: ] van Bebber, Cornelia. Aktion-Hummelschutz. Online im Internet: URL: ] Von Orlow, Michaela. Hymenoptera. Online im Internet: URL: ] Wikipedia. Online im Internet: URL: ]