Überwinternde Hummelköniginnen überleben acht Tage unter Wasser

Taucht man eine überwinternde Hummelkönigin für acht Tage am Stück in kaltes Wasser, stirbt sie nicht. Stattdessen begibt sie sich in ein seltsames physiologisches Fegefeuer, bei dem sie stetig geringe Mengen Kohlendioxid ausstößt, während sich ihr Gewebe im Stillen mit Laktat füllt.

Für eine Spezies, bei der die Königin die einzige biologische Brücke zwischen einem Sommer und dem nächsten schlägt, ist diese verborgene aquatische Widerstandsfähigkeit ein entscheidender Rettungsanker. Die meisten Hummelkolonien sterben im Herbst ab; nur begattete Königinnen graben sich in flache Erde ein, um den Winter abzuwarten. Da unvorhersehbare winterliche Regen-auf-Schnee-Ereignisse und plötzliche Frühjahrsüberschwemmungen immer häufiger werden, entscheidet die Fähigkeit einer Königin, einen überfluteten Bau zu überleben, darüber, ob im Frühjahr eine lokale Population existiert, die die Landschaft bestäuben kann.

Die physiologischen Kosten eines überfluteten Baus

Die Entdeckung, die in den Proceedings of the Royal Society B veröffentlicht wurde, begann als Laborunfall. Die Forscherin Sabrina Rondeau führte ein Pestizid-Experiment durch, als Kondenswasser unerwartet mehrere mit Erde gefüllte Röhren flutete und die darin befindlichen, in Diapause befindlichen Königinnen vollständig unter Wasser setzte. Als sie überlebten, verlagerte sich die Forschung auf gezielte, kontrollierte Überflutungen in kalten, dunklen Kammern, die Winterbauten simulieren sollten.

Die physiologischen Daten zeigen, dass diese Insekten bei Untertauchen nicht einfach abschalten. Stattdessen behalten sie eine minimale aerobe Atmungsrate bei, während sie sich stark auf anaerobe Stoffwechselwege verlassen, um das Sauerstoffdefizit zu überbrücken. Die daraus resultierende Ansammlung von Laktat ist nicht umsonst. Nachdem sie aus dem Wasser genommen wurden, zeigten die Königinnen einen starken Anstieg der Stoffwechselrate, der bis zu drei Tage anhielt – eine energetische Reinigungsrechnung, die sie für das Überleben der Flut begleichen müssen.

Fehlende Mechanismen und die Grenzen des Labors

Wie genau ein untergetauchtes Insekt den Gasaustausch unter Wasser bewerkstelligt, bleibt ungeklärt. Die Forscher konzentrierten sich auf die metabolischen chemischen Marker und nicht auf den physikalischen Mechanismus, sodass unklar bleibt, ob die Königinnen auf eingeschlossene Mikro-Luftfilme, eine veränderte Kontrolle der Stigmen oder eine kutane Gasdiffusion angewiesen sind.

Es gibt zudem einen starken Unterschied zwischen einer sauberen Laborflutung und einer natürlichen. Echte Wintererde ist eine komplexe Matrix aus schwankenden Temperaturen, sich verändernder Chemie und hungrigen mikrobiellen Gemeinschaften, die um den verbleibenden Sauerstoff konkurrieren. Die Studie testete spezifische Hummel-Taxa, daher ist es ein gewaltiger ökologischer Sprung, anzunehmen, dass dieses Merkmal einheitlich für alle Bombus-Arten in verschiedenen Klimazonen gilt.

Landnutzung übertrifft biologische Spielräume

Ein physiologischer Sicherheitsspielraum ist nur nützlich, wenn eine Königin überhaupt einen Bau hat. Diese Widerstandsfähigkeit aus dem Labor überschneidet sich direkt mit der Agrarpolitik und dem Landmanagement, wo traditionelle Überwinterungsmikrohabitate routinemäßig asphaltiert, tief gepflügt oder durch schwere Maschinen verdichtet werden.

Darüber hinaus hängt die Fähigkeit einer Königin, tagelangen anaeroben Stress zu ertragen und die anschließende metabolische Reinigungsrechnung zu begleichen, vollständig von ihren Fettreserven vor dem Winter ab. Wenn die Nahrungssuche im Herbst durch Lebensraumverlust eingeschränkt wird oder wenn die Exposition gegenüber Pestiziden ihre Lipidakkumulation vor der Diapause stört, kann diese Unterwasser-Ausdauer schnell zusammenbrechen.

Die Evolution hat der Hummelkönigin einen beeindruckenden Puffer gegen eine überflutete Welt gegeben. Aber ein Insekt, das eine Woche lang den Atem anhalten kann, braucht am Ende trotzdem einen trockenen Ort zum Landen.

Quellen

• Proceedings of the Royal Society B