Süße Erinnerungen an Nektar, berauschender Duft des Erfolgs

Bei der Ausbildung zur erfolgreichen und produktiven Honigbiene muss man lernen, wie man eine ertragreiche Blüte bereits aus der Entfernung am Duft erkennt. In ihrem Arbeitsleben sind Bienen viel zu beschäftigt, als dass sie wertvolle Flugzeit für Blindgänger vergeuden können....

Bei der Ausbildung zur erfolgreichen und produktiven Honigbiene muss man lernen, wie man eine ertragreiche Blüte bereits aus der Entfernung am Duft erkennt. In ihrem Arbeitsleben sind Bienen viel zu beschäftigt, als dass sie wertvolle Flugzeit für Blindgänger vergeuden können. Kurz gesagt, Zeit ist Nektar - und glücklicherweise haben Bienen in dieser Hinsicht eine steile Lernkurve. Wissenschaftler in Deutschland haben analysiert, wie Bienen diese Fähigkeiten erwerben, und das Duftgedächtnis einem speziellen Teil ihres Gehirns zugeordnet.

An diesen Forschungsarbeiten waren Wissenschaftler der Freien Universität (FU) Berlin und des Bernstein Center Computational Neuroscience, Berlin, unter Leitung von Professor Randolf Menzel vom Fachbereich Biologie, Chemie und Pharmazie der FU Berlin, beteiligt. Das Team "untersuchte ob und wie Bienen einen Zusammenhang zwischen dem Duft und dem Nektar einer [sic] bestimmten Blüte erkennen und ob diese Assoziation in einem bestimmten Bereich des Bienengehirns stattfindet", heißt es bei der FU, die die Ergebnisse des Teams vorstellte.

Hierfür richteten die Forscher in ihrem Labor eine "Bienenschule" ein. Honigbienen wurden fünf künstliche Duftstoffe angeboten. Danach folgte auf die Präsentation eines dieser Düfte stets ein Tropfen Zuckerlösung, während die anderen Düfte unbelohnt blieben.

Die Konditionierung funktionierte. Als ihre Fühler mit der schmackhaften Flüssigkeit in Berührung kamen, lernten es die Bienen einen Zusammenhang herzustellen und streckten bereits beim ersten Hauch des vielversprechenden Dufts ihren Rüssel aus, um ihre Belohnung abzuholen. Auch drei Stunden nach der Lernphase war diese Reaktion noch zu beobachten.

Dr. Martin Strube-Bloss, der jetzt von der FU Berlin zum Max-Planck-Institut für chemische Ökologie gewechselt ist, untersuchte die neurale Grundlage dieses Gedächtnisprozesses. Er maß die elektrischen Reaktionen der Ausgangsneuronen im Pilzkörper des Bienengehirns, die bereits als Kandidaten für Lernprozesse im Raum standen. "Pilzkörper im Insektengehirn sind Strukturen höherer Ordnung, die bei der Integration von olfaktorischen, visuellen und mechanosensorischen Informationen und bei der Gedächtnisbildung beteiligt sind", erklären die Forscher.

"Das Ergebnis war überraschend", kommentiert die FU Berlin. "Während der Lernphase änderten sich die Aktivitäten in den Neuronen in keiner Weise. Jedoch drei Stunden nach dem Lernen war eine Veränderung festzustellen: Mehr Neuronen reagierten auf den mit der Belohnung verknüpften Reiz und die Reaktionen auf den Reiz fielen stärker aus. Die Forscher hatten also tatsächlich eine Gedächtnisspur gefunden. Wegen der zeitlichen Verzögerung konnten sie sogar darauf schließen, dass diese nichts mit dem Lernprozess selbst oder mit dem Kurzzeitgedächtnis zu tun hatte, sondern dass sie offenbar den Ort des Langzeit-Duftgedächtnisses identifiziert hatten."

Die von Dr. Martin Newrot an der FU Berlin durchgeführte mathematische Analyse zeigte die Verlässlichkeit dieser Reaktion. Anhand der Beobachtung der Ausgangsneuronen des Pilzkörpers bei der Präsentation eines der fünf Duftstoffe, konnten die Forscher sagen, dass es der belohnte Duft war. Die neuronale Verarbeitung bei der Entscheidung, ob der Duft vielversprechend war, dauerte lediglich 150 Millisekunden.

Diese kürzlich in der Fachzeitschrift Journal of Neurosciences veröffentlichten Erkenntnisse fließen jetzt in die Entwicklung eines Computermodells des Bienengehirns ein. Dieses Modell soll virtuelle Düfte mit Belohnungen assoziieren und dann anhand dieser Assoziationen Entscheidungen treffen - ein weiterer Schritt hin zur Entwicklung künstlicher Gehirne für biometrische Roboter.Für weitere Informationen: Freie Universität Berlin; Fachbereich Biologie, Chemie und Pharmazie: http://www.bcp.fu-berlin.de/en/index.html und http://www.biologie.fu-berlin.de/neuroinformatik Nationales Bernstein Netzwerk Computational Neuroscience http://www.nncn.de Journal of Neurosciences: http://www.jneurosci.org/

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