randolf menzel freie universität berlin ?· und indirekt fische und vögel mittlerweile...

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  • Die Intelligenz der Bienen und ihre Gefhrdung duch Pestizide

    Randolf Menzel Freie Universitt Berlin

    www.neurobiologie.fu-berlin.de

    Passau Sept. 2017

  • Der komplexe Blumenmarkt

  • Um 1 l Honig zu sammeln fliegen Bienen ca 170.000 km besuchen dabei etwa 6 Millionen Blten.

    Energiebilanz (Gewinn 300 Wh)

    Informationsverarbeitung: 130 Petabyts

    (bei Besuch von 6 Millionen Blten;

    mega, giga, tera, peta); 5000mal weniger

    Energieaufnahme als in einem sehr guten Mikroprozessor (8 Kerne, getaktet 3,8 GHz) Aber sehr viel langsamer!!

    Investition ganz grob geschtzt: 3 Wh

    (Lebensleistung von 2500 Bienen) 25% fr die Versorgung des Gehirns

    So s ist der Honig und soviel Nachdenken braucht es

  • dritte Orientierungsflge

    Zum Navigieren erlernen Bienen die Landschaftsstruktur in den Sonnenkompass einzupassen

  • Tanzkommunikation im Schwarm

  • Schwarm

  • nach Opera Bericht 2013

    Monokulturen

    Feldgre

    Randstreifen

    Fruchtfolge

    Futter-

    angebot

    fr Bienen

    Wetter

    Jahreszeiten

    Tageszeiten

    Pestizide

    (Art, Menge,

    Verteilung)

    Honigbienen-

    gesundheit

    Pathogene

    (Viren, Varoa etc)

    Resistenz, Toleranz

    Behandlung und

    Abwehr von

    Pathogenen

    Acaricide

    (Behandlung

    Kontrolle)

    Rckstnde in Bienen-

    produkten

    Bienen-

    haltung

    Netzwerk der Wirkungen auf die Bienengesundheit

    Dabei geht es um mehr als um die Bienengesundheit:

    kologischer Zustand unserer Umwelt

    Honigbienen sind

    fr etwa 80%

    der Bestubung

    zustndig

  • Neonicotinoide

    sind Insektizide (Pestizide), die als Kontakt- und Fragifte wirken.

    Sie werden ber die Wurzeln (gebeizter Samen) oder durch Spritzen

    aufgenommen aufgebracht. So gelangen sie in alle Teile der Pflanzen

    (Pollen, Nektar, Gutationssaft, Staub vom Acker).

    Bekannte Wirkstoffe: Acetamiprid, Clothianidin, Imidacloprid, Nitenpyram,

    Thiacloprid, Thiamethoxam, Nithiazin.

    Zur Zeit wird vor allem Thiacloprid (Calypso, Biscaya, Mospilan SG) verwendet,

    wobei sich die Anwendungsvorschriften stndig ndern (z.B. kein Spritzen in die

    Blte, kein Beizen von Samen bestimmter Pflanzen, z.B. Raps aber nicht Erbse).

    Gegen Rapsglanzkfer, Kartoffelkfer, Blattluse, weie Fliege, u.m.

    EFSA (European Food Safety Authority):

    Fr 3 Wirkstoffe ist die Anwendung noch gesperrt: z.B. Clothianidin,

    Imidacloprid, Thiamethoxam (dagegen strengt die erzeugende Industrie ein

    Gerichtsverfahren am Europischen Gerichtshof an)

    hnliche Wirkung hat: Sulfoxaflor (in USA unter strikter Kontrolle, nicht in Europa)

  • Das Problem mit den Neonikotinoiden

    Nektar, Pollen Nicht Ziel Insekten

    Direkte Vergiftung Verlust an

    Futter

    Oberflchen Wasser Samen

    Bodenbewohner Boden

    Wasserorganismen Insektenlarven

    Schdliche Insekten

    Aufnahme durch Pflanzen

    Beizen von Samen: 1 17 mg Neonicotinoide pro kg. Im Pflanzensaft sind dann 5 10 g pro Liter (= ppb)

  • Gewsserbelastung mit dem Neonicotinoid Imidacloprid beeintrchtigt im Wasser lebende Nicht-Wirbeltiere

    und indirekt Fische und Vgel

    Mittlerweile ausgewertet: 750,000 Wasseranalysen 300,000 Bioproben

    579 Probeentnahmestelle 4479 Mestellen fr Wasserziere

    Konzentration von Immidacloprid im Wasser (ng/l)

    Zah

    l de

    r W

    asse

    rorg

    anis

    me

    n

  • CA Hallmann et al. Nature 000, 1-3 (2014) doi:10.1038/nature13531 H A Tennekes (2010) The Systemic Insecticides: A Disaster in the Making. ETS Nederland BV, Zutphen, The Netherlands

    Die Konzentration von Imidacloprid korreliert mit der Abnahme von Insekten fressenden Vgeln

    ng/l Imidacloprid

    Rel

    ativ

    e Za

    hl v

    on

    V

    geln

  • Rckgang > 75 %

    Zwei Standorte

    1960 1970 1980 1990 2010 2000

    Inse

    kten

    Bio

    mas

    se (

    g)

    Jahre

    200

    600

    1000

    1400

    Sorg et al. 2013

    Einfhrung der Neonicotinoide

    Gew

    ich

    t in

    g

  • Bass et al. 2015

    Die groe Gefahr: Zunahme der Resistenz von Insekten Arten seit Einfhrung der Neonicotinoide

    Zah

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    sist

    ente

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    en

    Art

    en

    Jahre

  • Wildbienen Dichte Hummel Brutzellen

    Unbehandelter Samen

    Gebeizter Samen

    Unbehandelter Samen

    Gebaizter Samen

    Blhender Raps Rundlff et a. 2015 Nature

    Wildbienen und Hummeln sind mehr gefhrdet als Honigbienen

  • Williams et al. 2015 Neonicotinoid pesticides severely affect honeybee queen Scientific Reports 5:14621

    Bern (Schweiz) Pollen behandelt mit 4ppb Thiamethoxam und 1 ppb Clothianidin (vergleichbar mit dem Gehalt an Neonicotinoiden in Raps Pollen)

    Weniger Arbeiterinnen Eier gelegt

    Neonicotinoide Kontrolle

    Weniger Spermien in der Spermatheka

    Neonicotinoide Kontrolle

    reduziert die lebenden Spermien in der Knigin

    Honigbienen

    Neonikotinoide in Raps Pollen: Knigin

    Die Knigin legt weniger Arbeiterinnen Eier

  • Konzentrationen, Mengen und Dosen

    Konzentration: ppb: part per billion= Anteil in 1 Milliarde, also 1:109

    in 109 g ist 1 g Substanz bzw in 1 g ist 10-9 g Substanz 1 ppb bedeutet also: 1 ng/g (oder g/kg) (=1 g in 1000 m3)

    Konzentrationen von Neonicotinoiden in Pflanzen 1 10 ng/g (ppb) Thiamethoxam in Pollen und Nektar 0.5 36 ng/g (ppb) Imidacloprid in Sonnenblumen Pollen

    Innerhalb der Kolonie, die Rapsblten aus gebeiztem Samen ausgesetzt waren: 6.6 - 23 ng/g (ppb) Imidacloprid in Pollen oder Honig 10 14 ng/g (ppb) Clothianidin in Pollen oder Honig

    bis 90 ng/g Thiacloprid im Pollen von Obstblten

  • Neonicotinoide im Bienenbrot in Deutschland (Bienen Monitoring Programm der Bienen Institute 2011, 2012, 2013) Thiacloprid in 61% (2011), 61% (2012), 56% (2013) mit 130 ng/g (2011), 498 ng/g (2012), 240 ng/g (2013) Clotianidin dreimal < 3 ng/g (2011, 2012,), 20 mal < 0,3 1,1 ng/g (2013) Imidacloprid einmal < 3 ng/g (2012, 2013)

    Sind diese winzigen Konzentrationen fr Bienen gefhrlich?

  • Wo die Neonicotinoide im Insektengehirn wirken

    Die komplexesten Verhaltenssteuerungen

    im Insektengehirn finden in den

    Pilzkrpern statt.

    Die Eingnge von den Sinnesorganen

    und von den vorverarbeitenden Regionen

    im Gehirn sowie die Verarbeitung

    innerhalb des Pilzkrpers erfolgt

    ber nikotinische Acetylcholin Rezeptoren.

    Neonicotinoide wirken auf diese

    Gehirnprozesse.

    Bei hheren Dosen ist dies tdlich,

    bei sehr niedrigen Dosen strt dies

    die Gehirnprozesse:

    Wahrnehmen, Lernen, Erinnern,

    Orientieren, Navigieren, Kommunizieren

  • Laborexperimente:

    Lernen von Dften durch Belohnung

    belohnter Duft

    Dressur Gedchtnis

    Gedchtnisbildung

    belohnter Duft

  • Acquisition

    Acq.1 Acq.2 Acq.3

    0

    20

    40

    60

    80Control

    Treated

    PE

    R (

    %)

    Extinction

    Ext.1 Ext.2 Ext.3

    0

    20

    40

    60

    80Control

    TreatedP

    ER

    (%

    )

    Acquisition

    Acq.1 Acq.2 Acq. 3

    0

    20

    40

    60

    80Control

    Treated

    PE

    R (%

    )

    Clothianidin strt die Bildung des Gedchtnisses

    (N=67) (N=66)

    **

    * * **

    *

    Clothianidin 0,33 ng/bee 6 Std nach Lernen

    Acquisition

    Acq.1 Acq.2 Acq. 3

    0

    20

    40

    60

    80Control

    Treated

    PE

    R (

    %)

    Acquisition

    Acq.1 Acq.2 Acq. 3

    0

    20

    40

    60

    80Control

    Treated

    PE

    R (

    %)

    1 2 3 1 2 3

    Lernen Erinnerungstests

    Kontroll-Tiere Behandelte Tiere

  • Thiacloprid strt die Bildung des Gedchtnisses

    Extinction

    Ext. 1 Ext. 2 Ext. 3

    0

    20

    40

    60

    80Control

    TreatedP

    ER

    (%

    )

    Acquisition

    Acq.1 Acq.2 Acq. 3

    0

    20

    40

    60

    80Control

    Treated

    PE

    R (

    %)

    Acquisition

    Acq.1 Acq.2 Acq. 3

    0

    20

    40

    60

    80Control

    Treated

    PE

    R (%

    )

    **

    * ** **

    *

    *

    Acquisition

    Acq.1 Acq.2 Acq. 3

    0

    20

    40

    60

    80Control

    Treated

    PE

    R (

    %)

    (N=67) (N=64)

    Thiacloprid 64 ng/bee 6h nach Lernen

    Lernen Erinnerungstests

    1 2 3 1 2 3

    Kontroll-Tiere Behandelte Tiere

  • Im Laborexperiment zeigt sich, dass Clothianidin und Thiacloprid die Gedchtnisbildung und den Gedchtnisabruf massiv stren. Dosis: 0,33 ng /Biene Clothianidin; 64 ng/ Biene Thiacloprid

    Die dabei verwendeten Dosen liegen im Bereich was Bienen z.B. von gebeiztem Raps aufnehmen knnen Clothianidin: 10ng/ml Nektar, Biene sammelt 50 l, dann nimmt also ca 0,5 ng auf Thiacloprid ca. 100 ng Nektar/Biene (z.B. Calypso). Tdliche Dosen (LD50 Werte): 18ng/Bienen bei Imidacloprid; 22ng/Biene bei Clothianidin; Thiacloprid etwa 150 fache Dosis.

    Wirken sich solche Dosen auch auf das natrliche Ve

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