Mit molligen Körpern und kleinen Flügeln haben Hummeln keinen Ruf für ihre Luftfähigkeiten. Ihre unbeholfene Art ließ einige Wissenschaftler irrtümlicherweise vermuten, dass ihr Flug sogar der Aerodynamik widersprach. Aber was ihnen an Eleganz fehlt, machen sie an Höhe wieder wett. Neueren Forschungen zufolge könnten Hummeln theoretisch den Mount Everest besteigen.
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Die Idee, dass Bienen zu erfahrenen Bergsteigern werden können, erscheint unlogisch. "Sie klettern auf einen Berg, und es ist kalt und schwer zu atmen. Es gibt keinen Sauerstoff. Für fliegende Insekten ist es noch schlimmer", sagt Michael Dillon , ein Ökologe an der University of Wyoming in Laramie . "Die Luftdichte ist reduziert, so dass es schwierig ist, Kräfte durch Flügelschlag zu erzeugen. Es sind nur weniger Moleküle in der Luft, gegen die man drücken kann."
Laut Dillon und seinem Kollegen Robert Dudley, einem Ökologen an der University of California in Berkeley und dem Smithsonian Tropical Research Institute in Panama, ist es jedoch ratsam, Bienen nicht zu unterschätzen. Das Paar befasste sich mit den Fluggrenzen von Hummeln und veröffentlichte seine Ergebnisse heute in Biology Letters . "Zu unserer großen Überraschung können [Bienen] viel höher fliegen, als wir erwartet hatten", sagt Dillon.
Fluginsekten sind auf diesem Gebiet schwer zu untersuchen, und Wissenschaftler wissen nicht viel über die extremen Grenzen von Bienen Flug. Sie haben jedoch einige Hinweise: Zimmermannsbienen ( Xylocarpa varipuncta ), die im Südwesten der Vereinigten Staaten beheimatet sind, können in Umgebungen mit geringer Luftdichte schweben, die für große Höhen charakteristisch sind. Tropische Orchideenbienen können im Schwebeflug das Doppelte ihres Gewichts anheben. Dies ist ein weiterer Hinweis darauf, dass Bienen etwas besser fliegen können als nur von einer Blume zur nächsten.
Diese Bienen sind tropische oder Tiefland-Arten, während Hummeln häufige Bewohner von alpinen Wanderwegen von den amerikanischen Rocky Mountains bis in die Anden sind. "Sie scheinen wirklich gut darin zu sein, in großen Höhen herumzuhängen", sagt Dillon. Die Forscher fragten sich also, wie schwer es für Bienen ist, tatsächlich dort oben herumzufliegen.
Eine Hummel einer unbekannten Art nähert sich einer Blume, die auf einer Höhe von etwa 2000 Metern in der Nähe von Urumqi im Nordwesten Chinas wächst. (Foto: ME Dillon) In den Bergen Westchinas nahmen die Forscher sechs fest einheimische männliche Hummeln ( Bombus impetuosus ) in freier Wildbahn bei etwa 10.660 Fuß. Sie steckten die Bienen in eine hypobare Kammer und saugten nach und nach Luft aus, um Umgebungen in höheren Lagen mit verringertem Sauerstoffgehalt und verringerter Luftdichte zu simulieren. "Nur durch Abpumpen der Luft können wir den gesamten Luftdruck reduzieren, der einem Aufstieg der Biene gleichkommt", sagt Dillon.
Sie beobachteten das Verhalten der Bienen, zeichneten Geräusche auf, um ihre Flügelschlag-Rhythmen zu berechnen, und analysierten die Flügelbewegung anhand von Videomaterial. Die durchschnittliche Hummel konnte immer noch erfolgreich bei 26.000 simulierten Fuß schweben, und zwei Bienen flogen höher als 29.527 simulierte Fuß - das sind etwa 500 Fuß über dem Gipfel des Mount Everest.
Eine Hummel, die in einer hypobaren Kammer fliegt, in der der Luftdruck in etwa der Höhe von 6000 Metern entspricht. (Video mit freundlicher Genehmigung von Michael Dillon) Um solch schwindelerregende Höhen zu erreichen, hat jeder fliegende Organismus (oder sogar ein Hubschrauber) grundsätzlich zwei Möglichkeiten: schneller mit den Flügeln schlagen oder die Flügelschlagamplitude erhöhen, den Winkel, um den sie mit den Flügeln schlagen. Nur ihre kleinen Flügel schneller zu schlagen, ist für eine Biene wahrscheinlich schwieriger, da sie ihre Flügel auf eine ziemlich einzigartige Weise schlagen. Die beste Option für die Biene ist es, größere Schläge auszuführen.
„Sie sehen fast so aus, als ob sie in gewisser Weise auf Wasser treten, sagt Dillon.“ Sie schlagen mit ihren Flügeln durch einen weiteren Bogen, sodass sie jedes Mal, wenn sie ihre Flügel durch diesen Bogen bewegen, ihre Flügel gegen mehr Moleküle drücken als Sie würden es anders machen. "Er merkt an, dass es weitere subtilere Änderungen der Flügelbewegungen gibt, die es ihnen ermöglichen könnten, die Kraft, die ihre Flügel erzeugen, zu erhöhen.
Lassen Sie uns einen Schritt zurücktreten - das Experiment umfasste Bienen im Wesentlichen in einem Gefäß, wobei sich der Luftdruck und der Sauerstoffgehalt um sie herum änderten. Aber was ist mit dem Wind, der Kälte, dem Schnee und den unzähligen anderen Faktoren, die den Aufstieg auf einen Berg so gefährlich machen? Es stellt sich heraus, dass Bienen robuste Kreaturen sind - Dillon hat Hummeln in einer Höhe von 16.000 Fuß gefunden. In Höhenlagen, in denen "nur die Blütenköpfe aus dem Schnee ragen, rasen Hummeln hoch und besuchen diese Blumen", sagt Dillon . Die Tatsache, dass sie flogen, spricht für die Fähigkeit der Bienen, sich an solche Höhenänderungen anzupassen.
Warum haben Bienen diese Fähigkeit? Alle fliegenden Tiere kommen auf unterschiedliche Weise mit der Höhe zurecht, haben jedoch normalerweise eine übermäßige Flugleistung, die es ihnen ermöglicht. Für Bienen und andere Insekten ist "diese übermäßige Flugleistung wirklich nützlich, wenn es darum geht, Raubtieren zu entkommen", sagt Dillon. Während Vögel am Himmel patrouillieren und Spinnen auf Blumen lauern, ist es eine gefährliche Welt für eine Biene.
Bienen müssen auch Pollen und Nektar zurück in den Bienenstock tragen. "Bienen können ein ungewöhnlicher Fall sein, da ihre Notwendigkeit, schwere Lasten zu heben, einen sekundären Vorteil darin haben könnte, dass sie einen größeren Höhenbereich bieten. Sie wären nicht notwendigerweise in der Lage, beide gleichzeitig zu tun - zumindest nicht im gleichen Maße." sagt Richard Bomphrey, ein Biologe am Royal Veterinary College der Universität von London in Großbritannien. Im Wesentlichen könnte die Fähigkeit der Bienen, einen Berg hinaufzuwandern, nur ein Nebenprodukt von Merkmalen sein, die entwickelt wurden, um das Sammeln von Pollen zu verbessern.
Das Verständnis der Fluggrenzen von Bienen und anderen Insekten und Tieren könnte Wissenschaftlern helfen, die Auswirkungen des Klimawandels auf ihre Reichweite vorherzusagen. Neben einem besseren Verständnis der Insektenökologie informieren Flugstudien Ingenieure, die versuchen, winzige Flugroboter zu bauen, die beispielsweise eines Tages den Verkehr überwachen oder einen Katastrophenort überwachen könnten, darüber, wie Bienen und andere Insekten am besten nachgeahmt werden können.
"Dieses Papier ist eine elegante Demonstration, wie fliegende Tiere ihre aerodynamischen Kräfte durch einfache kinematische Änderungen verbessern können", sagt Bomphrey. Er schlägt vor, dass Ingenieure auf der gleichen Strategie aufbauen könnten. Diese Erkenntnisse bringen die Flucht der Hummel auf mehr als eine Weise auf eine völlig neue Ebene.
