EINFLUSS UNIPOLAR GELADENER LUFTIONEN AUF DIE
MOTORISCHE AKTIVITÄT DER HONIGBIENEN
Influence des ions atmosphériques chargés de façon unipolaire
sur
l’activité motrice des abeilles
Geza ALTMANN Ulrich WARNKE
Zoologisches
Institut des Universität des Saarlandes SaarbrückenSUMMARY
THE INFLUENCE OF UNIPOLAR AIR IONS ON THE ACTIVITY OF MOVEMENT OF THE HONEYBEE
The
activity
of the movement ofhoneybees
was recordedaccording
to the buzzby
thewings
inpositive
andnegative
ionizedair,
as well as underFaraday-condition.
1)
The bees were of a loweraktivity
underFaraday-condition. Frequently
the bees wereobserved to fan for ventilation in collective manner.
2)
The reaction upon exposure tonegative
andpositive atmospheric
ions followed imme-diatley.
It was indicatedby
an increase of theamplitude during
the move of thewings
and
by
an increase of theactivity
ofrunning.
3)
Theactivity
washigher
innegative
ionized air than inpositive
ionized air.4)
The turnover of watercorresponded
to theactivity
of movement under different conditions.ZUSAMMENFASSUNG
Die motorische Aktivität der Bienen wird nach ihrer
Lautäußerung
inpositiv
undnegativ
ionisierter
Luft,
sowie untervöllig abgeschirmten Bedingungen (Faraday-Käfig) registriert.
1. Im
Faraday-Käfig zeigen
die Bienen einegeringe
Aktivität. Es wirdjedoch häufig
eingemeinsames
Fächeln beobachtet.2. Die Reaktion auf
negative
undpositive
Luftionen tritt sofort auf und besteht in einerVergrößerung
derFlügelschlagamplitude
und der Laufaktivität.3. Die Aktivität in
negativ geladener
Luft istgrößer
als inpositiv geladener
Luft.4. Der Wasserumsatz der Bienen
entspricht,
ingleicher
Weise wie derStoffwechsel,
derjeweili-
gen motorischen Aktivität unter den verschiedenen
Bedingungen.
I. - EINLEITUNG
Schon lange weiß
man,daß die Honigbiene besonders wetterempfindlich reagiert. Mehrere Untersuchungen (z. B. S CHUA , 1952, L ECOMTE , 1954) zeigen
eine direkte Korrelation des Verhaltens der Bienen
zubestimmten Wetter-
phasen. Am bekanntesten
istwohl das plötzliche Heimkehren der Sammel- bienen und ihre Stechlust
vor einemGewitter. Welche Elemente
einerWet- terkonstellation für das jeweilige Verhalten der Bienen verantwortlich sind,
konnte bisher nicht befriedigend geklärt werden. Ein bisher kaum beachtetes
meteorologisches Element ist das statische elektrische Feld, das durch die
negative Oberflächenladung der Erde und die Summe der positiven Raumla- dungen der Ionosphäre aufgebaut wird. A LTMANN (1959) konnte feststellen,
daß Bienen innerhalb
eineskünstlichen statischen Feldes
von400 Volt / Meter
ihren Stoffwechsel erhöhen. Träger der Raumladungen sind Schwebeteilchen und die Gasmoleküle der Luft. Die Beweglichkeit und Größe dieser Ionen sind unterschiedlich. Im allgemeinen mißt
manin Erdnähe ungefähr 750 positive und 600 negative mehrmolekulare Kleinionen pro Kubikmeter Luft.
Die Zahlen variieren jedoch bei verschiedenen Wetterlagen und liegen vielfach
erheblich höher. Der Einfluß dieser Ionen auf die motorische Aktivität der Bienen sollte
imLabor untersucht werden, zumal zahlreiche diesbezügliche Untersuchungen
anWirbeltieren
intensiveWirkungen bewiesen haben.
H. - MATERIAL UND METHODE
Alle untersuchten Bienen stammten aus dem Bienenstand des
Zoologischen
Institutes.der Universität Saarbrücken. Es wurden nur
Flugbienen
der Carnica-Rasse verwendet.Der Versuchsaufbau wurde so
gestaltet,
daß alleUmweltbedingungen,
d.h. meteorolo-gischen Elemente, weitgehend
konstantgehalten
werden konnten(s.
Abb.1).
Die gesamteVersuchseinrichtung
befand sich in einem ca. 12 m’großen Faraday-Raum
aus einem geer-deten, doppelt
gespanntenDrahtgewebe.
Dadurch konnten die Einflüsse des elektrischen Feldes derAtmosphäre weitgehend abgeschrimt
werden. In Thermostaten(Th),
bei einerVersuchstemperatur
von 30o C,
wurdenje
25 Bienen in durchlöchertenKäfigen
ausPlexiglas
von der Größe 7 X 9 X 4 cm
gehalten. Nahrung
und Wasser wurden inbeliebiger Menge angeboten.
Die relativeLuftfeuchtigkeit
in den Thermostatenbetrug
ca. 50%.
Alle Versuche wurden beivölliger
Dunkelheit während der ganzen Versuchsdauerdurchgeführt.
Durch diemit den Thermostaten verbundenen Ionisatoren
(lo)
wurde die Luft in denKäfigen (K) bewegt
und ionisiert. ZurKonstanterhaltung
derLuftbewegung
liefen die Ventilatoren in den Geräten während der ganzen Versuchsdauer. Der Ionenerzeugende
Teil derApparate
wurdewährend der Versuche an— bezw.
abgeschaltet.
DerGeräuschpegel
beider Ventilatoren wurdeangeglichen.
Während der Versuche herrschtevöllige
Ruhe. DieLautäußerung
der Bienenerfolgt hauptsächlich
durch denFlügelschlag.
DieFrequenz
bestimmt dieHaupttonhöhe,
dieAmplitude
die Lautstärke. Die von den Bienen einesVersuchskäfiges
erzeugten Töne derFlügelschläge
wurden über einMikrophon (M) registriert.
Ein 2-KanalTonbandgerät (Tb)
erlaubte die
gleichzeitige
Aufnahme der Töne in beidenVersuchsapparaturen.
Die Aufnahme-empfindlichkeit
beider Kanäle wurde mit Hilfe einesFrequenz-Generators
und eines Oszillo-graphen angeglichen.
DieAuswertung
der 1’onbändererfolgte
auf einem Schreiber(Sch)
überintegrierende
R-C-Glieder. Die gemesseneSpannung
änderte sich mit derFlügelschlagfrequenz,
der
Amplitude
desFlügelschlages
und der Anzahl schwirrender und fächelnderFlügel.
Welche dieser
aufgezählten Möglichkeiten
für eine gemesseneSpannungsänderung
inFrage kommt,
konnte durchBeobachtung
des Verhaltens der Bienen imKäfig
beigleichzeitiger
Aufnahme der Laute ermittelt werden. Auf diese Weise war es
möglich
dieaufgezeichneten Meßspannungen
zu « eichen », d.h. die gemessenen Werte mit dem Verhalten der Bienen zukoordinieren. Wenn eine Biene am
Mikrophon vorbeiläuft, gibt
es einenEinzelausschlag
desSchreibers und somit einen Strich auf dem
Registrierpapier.
Die Anzahl der kleinenAusschläge
pro Zeiteinheit
gibt
somit die Laufaktivität der einzelnen Bienen an. Rasch hintereinanderfolgende
kleineAusschläge
bedeuten somit einegroße
Laufaktivität. Eingemeinsames
Fächelnvieler Bienen ohne
Ortsbewegung
bewirkt einengroßen Ausschlag
desSchreibers. Wenige große Ausschläge
und dazwischen kleineAusschläge
des Schreibers bedeuten eineÄnderung
der
Flügelschlagamplitude,
verbunden mit Laufaktivität. Das bedeutet also einegrößere
Lautstärke des Tones der einzelnen vorbeilaufenden Bienen. In
gleicher
Weise wirkt sich auch dieSchlagfrequenz
derFlügel
aus.Ein
lonenzählgerät registrierte
die Zahl der in den Versuchsthermostaten vorhandenenpositiven
bezw.negativen
Luftionen. Diegleichzeitige Aufzeichnung
der gemessenen Werteerfolgte
ebenfalls mit Hilfe eines Schreibers. Ca.10,’ /cm 3 positive
bezw.negative Kleinionen,
in 50 cm Abstand von der
Ionenquelle
gemessen, wurden innerhalb desFaraday-Raumes
vonden Ionisatoren
produziert.
Dieser ionisierte Luftstromwurde,
wie auf derAbbildung
ersicht-lich,
in die Versuchsthermostateneingeleitet.
Da dieFaraday-Wände geerdet sind,
stoßen sienegative
Ionenab,
währendpositive
Ionen an den Wänden ihreLadung
verlieren. Nach einer bestimmten Zeit sammeln sich deshalbnegative
Ionen innerhalb desFaraday-Raumes
an(s.
Abb.2).
Dabei kann es durch Ionisation von weiteren Gasmolekülen zu einerlawinenartigen Ionenvermehrung
kommen(ISRAEL, 1957).
Die erzeugtenkurzlebigen
Kleinionenlagern
sichan weitere Gasmoleküle und schwebende Partikel an und bilden so
langlebige
Mittel-bezw.Großionen,
die noch mehr als 12 Stunden nach Abschalten der Ionisatorennachgewiesen
werden konnten. Um diese Ionen nicht bei
abgestellter Ionenproduktion
in dieVersuchskäfige gelangen
zulassen,
wurden über dieKäfige
noch zusätzlichgeerdete Faraday-Schutzkäfige gestülpt,
die bei verändertenVersuchsbedingungen
wieder entfernt wurden.Eine weitere
Möglichkeit
den Raum ionenfrei zu bekommen bestanddarin,
mit demposi-
tiven Ionisator die Luft
umzuwälzen,
wobei durch diepositiven
Ionen die freiennegativen
Ionen rekombiniert wurden.
III. - ERGEBNISSE
Obwohl Bienen
imKäfig nicht fliegen, sind die Flügel doch fast
immerin
Bewegung. Sterzeln wurde bei den gekäfigten Bienen selten beobachtet,
das Fächeln ist jedoch sehr häufig und dient allgemein
zurLuftbewegung,
insbesondere aber auch
zurLufterneuerung bei
zuhohem Kohlendioxydgehalt.
Man kann
vondem Flügelschwirren ohne Lokomotion ein Flügelbewegen
beim Umherlaufen unterscheiden. Diese Flügelbewegungen machten einen
großen Teil der Tonaufzeichnungen
aus,deren Grundton der Flügelschlagfre-
quenz entspricht (Fächeln : 120-150 Hz, Sterzeln 167-206 Hz bei
einerAmpli-
tude
von90-120 0 - W OHLGEMUTH , 1960). Verschiedene Obertöne entstehen
möglicherweise durch Eigenschwingungen der bewegten Flügel.
In völlig abgeschirmten Käfigen (Faraday-Bedingungen) kommt
es zueinem einheitlichen Fächeln aller Versuchstiere, verbunden mit einer geringen Laufaktivität,
wassich durch überwiegend langgezogene Ausschläge über
die ganze Papierbreite des Schreibers ausdrückt. Die unregelmäßigen kleinen
Ausschläge des Schreibers rühren
vonder geringen Laufaktivität der Bienen
her (s. Abb. 5). Abbildungen 3 und 4 zeigen Ausschnitte
ausden Original- protokollen mit typischen Übergängen von Faraday-Bedingungen
zur Ein- wirkung
von positiv bezw. negativ ionisierter Luft. Die schematische Darstel-
lung der Wirkung verschiedener Versuchsbedingungen zeigt Abbildung 5.
Beim Wechsel
vonionenfreier Luft
imFaraday-Käfig
zupositiv bezw. negativ
ionisierter Luft erfolgt sofort die entsprechende Reaktion. Die Lautstärke erhöht sich, d.h. die Amplitude des Flügelschlages vergrößert sich,
wieaußer- dem andere Versuche
aneinzelnen Bienen
imWindkanal bewiesen haben.
Dazu erhöht sich die Laufaktivität der einzelnen Biene und außerdem hört das
vonallen Bienen gemeinsame Fächeln auf oder
esverringert sich
wesent-lich. Unter Einwirkung negativ geladener Luftionen ist die Aktivitätsände-
rung amstärksten.
Die Wasserdampfabgabe (Transpiration)
ist eng mitder Flügelaktivität
verbunden. Fesselt
mandie Flügel
einerBiene,
so istder Wasserverlust
geringer, als bei Tieren, die normal fächeln (L ENSKY , 1964). Durch den Kohlen-
dioxydgehalt der Luft wird die Atmungsintensität reguliert, d.h. die Stigmen
werden mehr oder weniger geöffnet. Die Wasserdampfabgabe wurde
vonhochempfindlichen elektrischen Meßgeräten 1 während der einzelnen Ver- suche registriert. Sie
war amhöchsten während der Einwirkung
vonnegativ
ionisierter Luft, schwächer bei positiv ionisierter Luft, während die geringsten
Werte
inFaraday-Käfigen gemessen wurden. Die höhere Wasserabgabe erfor-
derte natürlich auch
einegrößere Wasseraufnahme, die jeweils
zusammenmit
der Zuckeraufnahme
in48 Stunden gemessen wurde. Das Gewicht der Rektalblase jeder Biene (insgesamt 80 Bienen je Versuch) gab Aufschluß
über den Verbleib des aufgenommenen Wassers. Geht viel Wasser durch
1. Verwendet wurden Feuchtefühler der Fa. Weiss, Giessen. Die Fühler sind mit einer
Spezial-LiCl- Lösung getränkt.
Gemessen wird unmittelbar dieTemperatur
desTaupunktes.
Die Messung der Tempe-raturwerte im LiCI-Meßelement ist ein
eindeutiges
Maß der absoluten Luftfeuchte, z. B. alsWasserdampf-
gehalt g /m 3
feuchte Luft.Transpiration verloren,
sowird
es ausdem Enddarm resorbiert. Bekanntli- cherweise spielen dabei die Rektalpapillen eine sehr wesentliche Rolle. Ver-
gleicht
mandie aufgenommene Wassermenge der Bienen
mitdem Durchschnitts-
gewicht ihrer Rektalblasen,
soerkennt
man,daß
innegativer Ionenluft
eine vergleichsweise hohe Rückresorption stattgefunden hat. Die erhöhte Transpiration
innegativ ionisierter Luft ist wahrscheinlich auf die höhere motorische Aktivität zurückzuführen und entspricht den bereits beschriebenen
Ergebnissen (s. Abb. 6).
IV. - DISKUSSION
Beobachtet
mandas Verhalten der Bienen im Freien und registriert die
Anzahl der unipolaren atmosphärischen Ionen,
soscheint sich eine Beziehung
herauszustellen. Bei einer außergewöhnlich großen Anzahl negativer Ionen
sind Bienen (z. B. Wächterinnen) besonders reizbar und angrifl’slustig gegenü-
ber Bienen anderer Völker und auch dunkle oder schwarze Flächen werden sehr häufig angegriffen. Nach Untersuchungen
vonN ORIIVDER und S IKSNA (1949) erhöht sich die Anzahl negativer Ionen
voreinem Regen und während
des Regens beträchtlich. Dieses Phänomen konnte durch
unsereMessungen
bestätigt werden. Ein außergewöhnlich großer Anstieg
vonnegativen Ionen zeigt sich bei Gewittern. Die negativen Ionen stiegen
von800 auf 7 000 pro cm 3
vor
einem Gewitterregen. Zur gleichen Zeit stieg auch die Zahl der positiven Ionen, jedoch weniger stark. Die Konzentration der Luftionen normalisierte sich nach dem Gewitter wieder sehr rasch. Möglicherweise
ist somitdie Über-
zahl negativer oder positiver Ionen während bestimmter Wetterphasen die
Ursache für die starke Reizbarkeit der Bienen. Eingehendere Untersuchungen
im
Freien stehen noch
aus.Es bleibt noch festzustellen,
inwelchem Ausmaß
die Steigerung der Aktivität
innegativ
ionisierterLuft
miteiner Erhöhung
der Aggression verbunden
ist.In diesem Zusammenhang wird auch die Abhän-
gigkeit der Sammelleistung der Bienen
vonden genannten physikalischen
Faktoren geprüft.
Arbeiten
vonKauECER und S MITH (1960) beweisen einen tiefgreifenden physiologischen Einfluß der
ionisiertenLuft. Normalerweise
istSauerstoff
negativ und Kohlendioxyd positiv geladen. Analog
zuden Versuchen
anSäugern scheinen auch bei Bienen die negativ aufgeladenen Sauerstoff-Mole- küle stimulierend
zuwirken. Welchen Effekt positiv geladene Kohlendioxyd-
Moleküle haben, ist noch nicht geklärt. In gleicher Weise ist die Art der Rezep-
tion
für diese Faktoren noch unbekannt. Erste, noch nicht gesicherte Versuche
scheinen
zubeweisen, daß diese meteorologischen Gegebenheiten der Bienen
mit
den Antennen wahrgenommen werden. Bienen reagierten nach Amputa-
tion ihrer Antennen
imWindkanal nicht mehr
mit einerVeränderung der Flügelschlag amplitude und-frequenz bei Ionisation der Luft.
Eingegangen
imApril
1971.Regu
pourpublication
en avril 1971.RÉSUMÉ
Un nombre déterminé d’abeilles butineuses
(à chaque
fois25)
appartenant à la race carnio- lienne ont été soumises à de l’air ionisé soitnégativement
soitpositivement
et leur comporte-ment
comparé
à celui d’abeilles témoins maintenues dans des conditions deprotection
absolue(cage
deFaraday).
Toutes lesexpériences
ont eu lieu dans un espace deFaraday
de 12 m3 defaçon
à éliminercomplètement
toute influenceélectrique météorologique
extérieure. On a étudiéprincipalement
l’activité motrice des abeilles dans les conditionsprécisées
ci-dessus.Les abeilles se trouvaient dans deux enceintes thermostatées à 30 °C et à l’obscurité
complète.
Ces enceintes étaient reliées à des ionisateurschargeant
l’air soitpositivement
soitnégativement
et assurant sa circulation dansl’espace
intérieur.La
quantité
d’ionsatmosphériques unipolaires actifs, positifs
ounégatifs,
dans les enceintes thermostatées était d’environ10°/cm * .
Bien que les abeilles ne volent pas dans la cage, leurs ailes sont constamment en mou- vement. Les sons émis par le battement des ailes des abeilles en cage étaient
enregistrés
par l’intermédiaire d’unmicrophone
sur unmagnétophone stéréophonique
dont les canaux étaientéquilibrés
pour la sensibilité. Apartir
de la bandemagnétique
les sons émis par les abeilles étaientenregistrés graphiquement après
transformation en tensions mesurables par deux éléments accordés.Il est
possible
dedistinguer
la ventilation d’avec le battement d’ailesqui
aide les allées etvenues. Pour tous les mouvements d’ailes il se
produit
un son fondamentalqui correspond
à lafréquence
des battements.L’amplitude
des battements conditionne la force du son.Les
figures
3, 4 et 5 laissentapparaître
lesphénomènes
suivants.Chaque changement
desfacteurs
physiques
provoque une réaction immédiate. L’activité locomotrice dechaque
abeilleaugmente dans l’air ionisé tandis que dans des conditions de
protection
la ventilationentreprise
par toutes les abeilles cesse ou bien diminue fortement. L’action la
plus
forteapparaît
dans l’airionisé
négativement.
Dans l’air ionisépositivement l’amplitude
des battements d’ailes des abeilles estparticulièrement grande
tandis que leur activité locomotrice n’atteint pas sa valeur maximale.La
transpiration
est étroitement liée à l’activité alaire. La perte d’eau est extrêmement faible chez des abeilles dont les ailes sont entravées. Au cours de nosexpériences
latranspiration
a été
enregistrée
au moyen de capteursélectriques
très sensibles. Lesgraphiques
montrent unedécroissance
progressive
des valeurs mesurées àpartir
des abeilles enatmosphère
ioniséenéga-
tivement
jusqu’aux
abeilles maintenues dans un espace deFaraday
en passant par cellesqui
sont en
atmosphère
ioniséepositivement.
L’augmentation
de latranspiration
nécessita uneplus grande
consommation d’eauqui
futenregistrée
avec la consommation de sucre pour une unité de temps de 48 heures. Lepoids
del’ampoule
rectale dechaque
abeille donna des indications sur lereliquat
de l’eau absorbée. Sibeaucoup
d’eau estperdue
par latranspiration
elle est résorbée àpartir
de l’intestinpostérieur.
Si l’on compare la
quantité
d’eau absorbée par les abeilles avec lepoids
moyen de leurampoule
rectale on remarque
qu’en atmosphère
ioniséenégativement
unerésorption
relativementplus
forte a eu lieu.
L’augmentation
de latranspiration
dans l’air ionisénégativement
estprobable-
ment à
rapprocher
de l’élévation de l’activité motrice etcorrespond
bien aux résultats décrits ici.LITERATUR
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