Forscher mehrerer Universitäten arbeiten zusammen, um zu untersuchen, wie das komplexe und kooperative Verhalten von Honigbienen (Apis mellifera) genetisch programmiert ist, um über Generationen hinweg übertragen zu werden.
Verhaltensinteraktionen zwischen Organismen sind grundlegend und oft erblich. Alle Menschen und Tiere interagieren auf irgendeine Weise mit ihren sozialen Gruppen durch ihr Verhalten, was erhebliche Vorteile bei der gemeinsamen Nahrungsaufnahme, dem Schutz vor Raubtieren und der Aufzucht von Nachkommen bietet.
Bei einigen Tieren, wie Bienen, sind die sozialen Verhaltensbande so stark, dass die einzelnen Mitglieder als ein einziges „Superorganismus“ kollektiv funktionieren. Durch ihr individuelles Verhalten schützen Tausende von Arbeiterbienen die Kolonie, füttern sie und kümmern sich um den Nachwuchs.
Gemeinsam mit Kollegen von den Universitäten Frankfurt/Main, Oxford und Würzburg hat das Team unter der Leitung von Beye und der Erstautorin Dr. Vivien Sommer herausgefunden, dass ein spezielles Gen, das als dsx bekannt ist, das Verhalten der Arbeiterbienen spezifiziert.
Die Biologen verwendeten das genetische Bearbeitungswerkzeug CRISPR/Cas9, um das dsx-Gen in ausgewählten Bienen zu modifizieren oder zu deaktivieren. Sie platzierten QR-Codes auf den bearbeiteten Bienen und überwachten ihr Verhalten im Bienenstock mit Kameras. Die resultierenden Videoaufzeichnungen wurden mit Hilfe künstlicher Intelligenz analysiert, um die individuellen Verhaltensmuster der Bienen zu bestimmen.
Die Forscher führten das grüne fluoreszierende Protein (GFP) in die dsx-Sequenz ein, sodass das GFP zusammen mit dem dsx-Protein produziert wurde. Dadurch konnten die neuronalen Schaltkreise, die das dsx-Gen im Gehirn sowohl bei nicht modifizierten als auch bei genetisch veränderten Bienen schafft, durch Fluoreszenzmikroskopie visualisiert werden.
Die Doktorandin Jana Seiler, die ebenfalls Mitautorin der Studie ist, erklärt, dass das Team diese Werkzeuge nutzen konnte, um genau zu sehen, welche neuronalen Bahnen das dsx-Gen im Gehirn schafft und wie dieses Gen wiederum die Verhaltensmuster der Bienen bestimmt.
Professor Dr. Wolfgang Rössler vom Department für Verhaltensphysiologie und Soziobiologie, der die Studie an der Universität Würzburg leitete, erklärte, dass die Entdeckungen des Teams auf ein grundlegendes genetisches Programm hinweisen, das die neuronalen Schaltkreise und das Verhalten der Arbeiterbienen bestimmt.
Der nächste Schritt für die Forscher besteht darin, vom Niveau der einzelnen Biene zum Superorganismus der Bienenkolonie überzugehen. Alina Sturm, ebenfalls Doktorandin an der HHU und Mitautorin der Studie, fügte hinzu: "Wir hoffen, die Verbindung zwischen individueller Programmierung und dem koordinierten Verhalten vieler Individuen zu finden."