Fungizid verhindert Paarung von Wildbienen

Weibchen der Gehörnten Mauerbiene wählen ihre Partner nach ihrem Duft und danach, wie schön sie mit ihrer Brustmuskulatur summen können. Kommen männliche Mauerbienen aber mit Pestiziden in Kontakt, verlieren sie ihre Anziehungskraft und werden von den Weibchen verschmäht. Dies könnte erheblich zum Rückgang der Wildbienenpopulationen beitragen.

Der Einsatz von Pestiziden in der konventionellen Landwirtschaft ist eine der Hauptursachen für den weltweiten Schwund von Wildbienen und anderen Bestäuberinsekten. Ackergifte schädigen die Wildbienen über verschiedene Wirkungswege. Manche Pestizide verändern zum Beispiel die Fortpflanzungszellen von Bienen. Pestizide können auch das Paarungsverhalten stören, wie Studien bei manchen Wespen, Käfern, Faltern und Spinnen zeigten. Einige dieser Wirkungen beruhen darauf, dass sich die Zusammensetzung des Duftbouquets der Kutikula (Aussenskelett) ändert. Studien bei Hummeln zeigten, dass bereits geringe Pestizidmengen die Fähigkeit zur Vibration des Brustmuskels stören.

Mauerbienen (Osmia) sind eine weitverbreitete, solitär lebende Wildbienengattung, die für die Bestäubung von Wild- und Kulturpflanzen sehr wichtig ist. Weibliche Mauerbienen wählen ihre Paarungspartner nach mindestens zwei Kriterien aus: nach der Vibration des Brustmuskels und nach dem Duftbouquet, das sich aus den Kohlenwasserstoffen der Kutikula zusammensetzt. Der Paarungserfolg hängt also von Signalen ab, von denen bei anderen Arten bereits gezeigt wurde, dass sie durch Pestizideinfluss möglicherweise gestört werden.

Dr. Samuel Boff, der heute als Wissenschaftler an der Uni Ulm tätig ist, arbeitete als Postdoktorand in Mailand über das Paarungsverhalten von Wildbienen. In der dortigen Gegend wurde das Fungizid Fenbuconazol, das als relativ ungiftig für Bienen eingestuft wird, in der Landwirtschaft gegen Pilzbefall bei Obst und Getreide eingesetzt. Er fragte sich, ob sich dieses Gift wohl dennoch auf das Paarungsverhalten von Mauerbienen auswirkt.

Samuel Boff und sein Team stellten zunächst einen einfachen Vorversuch an: Mauerbienenmännchen wurden mit einer geringen Dosis des Fungizids Fenbuconazol behandelt und gleichzeitig mit einigen unbehandelten Männchen in einen Käfig zu einem Weibchen gesetzt. Es zeigte sich, dass die mit dem Fungizid behandelten Männchen sich viel seltener paarten als die Kontrollgruppe. «Das war sehr interessant, weil ich beobachtete, wie die Weibchen die behandelten Männchen abwiesen», berichtet Samuel Boff. Doch was war der Grund für dieses Verhalten?

Ausgehend von den Studien zu den Effekten einiger Pestizide auf die Vibrationsfähigkeit von Bienen und ihre Wirkung auf die chemische Kommunikation bei Insekten, vermuteten Boff und sein internationales Forscherteam, dass das Fungizid die Paarungssignale der Männchen stört.

Um diese Hypothese zu prüfen, setzten die Forscher einigen Männchen der Gehörnten Mauerbiene (Osmia cornuta) ein Tröpfchen des Fungizids «Indar 5EW» mit dem Wirkstoff Fenbuconazol auf das Brustglied, während die Kontrollgruppe nur einen Tropfen reines Wasser erhielt. Dafür verwendeten sie eine praxisübliche Konzentration des Fungizids, mit der die Bienen zum Beispiel in blühenden Apfelplantagen in Berührung kommen können, wenn dort gerade gesprüht wird.

Boff und Kollegen verglichen die Brustvibration und die Zusammensetzung der kutikulären Kohlenwasserstoffe der beiden Gruppen. Ausserdem führten sie Paarungsversuche mit behandelten und unbehandelten Bienenmännchen durch.

Zur Paarung lassen sich die Drohnen der Mauerbiene auf dem Rücken der Weibchen nieder und werben um sie, indem sie ihre Brustmuskeln vibrieren lassen und mit ihren Antennen über die Augen und Antennen der Weibchen streichen. Man nimmt an, dass dabei auch das Duftbouquet übertragen wird. Diese Signale, also Vibration und Duft, können das Weibchen zur Paarung veranlassen. Wenn das Männchen dem Weibchen aber missfällt, wirft es das Männchen von seinem Rücken einfach ab und wartet auf ein anderes.

Veränderte Vibrationen und Duftprofile

Die Vibrationen der Männchen sind auch für Menschen als Summen hörbar. «Man kann das Summen auch mit dem Handy aufnehmen, aber wir haben für die Aufnahme der Vibrationen ein sehr genaues Laser-Vibrometer genutzt», berichtet Samuel Boff. Die Messungen zeigten, dass sich zwar die Dauer der Vibrationen zwischen den Gruppen nicht unterschied, allerdings war die Modulationsfrequenz in der Fungizidgruppe wesentlich tiefer.

Um das Duftbouquet der Männchen zu untersuchen, wurden von ihnen die Kohlenwasserstoffe der Kutikula extrahiert und anschliessend gaschromatografisch und mit einem Massenspektrometer im Detail chemisch analysiert. Insgesamt wurden 47 Kohlenwasserstoffe aus der Kutikula der Mauerbienenmännchen bestimmt. Die Duftprofile unterschieden sich zwischen den Gruppen deutlich. Dies betraf die Anteile von 22 der insgesamt 47 kutikulären Kohlenwasserstoffe. Die Duftzusammensetzung der Männchen wird also durch das Fungizid signifikant verändert. Und das riechen die Weibchen offenbar sehr deutlich, wie die Paarungsversuche belegen.

Konnten die Weibchen zwischen behandelten und unbehandelten Männchen wählen, so bevorzugten sie die Männchen ohne Fungizid. Obwohl sich die behandelten Männchen ebenso stark um die Weibchen bemühten, wurden sie viel eher abgeworfen. Auch wenn die Weibchen keine Wahl zwischen behandelten und unbehandelten Männchen hatten, war der Anteil der erfolgreichen Paarungen bei der Kontrollgruppe deutlich höher (20 %) als bei den Fungizidmännchen (7 %).

Mehr männliche Bienen

Die Mauerbienenweibchen verzichten also öfter lieber ganz auf eine Paarung, als sich mit vergifteten Männchen einzulassen – mit Folgen für die Menge und Zusammensetzung des Nachwuchses. Unverpaarte Mauerbienenweibchen legen, wie Honigbienen, haploide Eier, aus denen Männchen schlüpfen. «Wenn die Weibchen die Anzahl ihres Nachwuchses nicht reduzieren, legen sie womöglich mehr unbefruchtete Eier», erklärt Boff. Nehmen durch den Fungizideinsatz die erfolgreichen Paarungen ab, kann also einerseits die Population schrumpfen und andererseits der Männchenanteil steigen. Und genau das haben Studien bereits gezeigt: Der Anteil männlicher Bienen kann in pestizidbelasteten Gebieten höher sein und die Bestände sinken. Boff und seine Kollegen schliessen daraus, dass auch geringe Dosen von Pestiziden, die für Bienen bisher als relativ ungefährlich eingestuft werden, zum Bienensterben beitragen.

Offen ist noch, wie lange der Fungizideffekt anhält, also ob die Wirkung nach einiger Zeit vielleicht nachlässt und die Männchen sich doch noch paaren.

Grössflächiger Einsatz

In der EU wurde Fenbuconazol lange gegen Pilzkrankheiten, wie Schorf bei Äpfeln und Birnen, Echten Mehltau, Gelb- und Braunrost bei Getreide, eingesetzt. In Deutschland lief die Zulassung 2004 aus, in der EU erst im Frühjahr 2021. Als Boff und sein Team die Versuche 2018–2021 in Mailand durchführten, wurde das Fungizid zum Beispiel in Spanien, Frankreich und Italien bei Beeren und Steinobst noch eingesetzt. Auch wenn es jetzt in der EU und der Schweiz verboten ist, legt diese Studie doch nahe, dass es viele Jahre lang Schaden bei den Wildbienenpopulationen verursachte. Im Rest der Welt, von Asien über Afrika bis Süd- und Nordamerika, ist Fenbuconazol weiterhin grossflächig im Einsatz. In den USA vor allem bei Mandeln, Pfirsichen und Nektarinen, andernorts wird es auf Weinreben, Bananen, Reis und Getreide sowie Steinobst versprüht.

Global gesehen trägt dieses Fungizid also weiter zum Insektenschwund bei. Und die Wissenschaftler gehen davon aus, dass andere Pestizide ähnliche oder sogar stärkere Wirkungen auf die Fortpflanzungsfähigkeit von Bestäubern haben. Deshalb fordern Boff und seine Kollegen, dass mehr auf diesem Gebiet geforscht wird und bei der Risikobewertung im Rahmen der Pestizidzulassung Versuche zum Paarungsverhalten regulär eingeführt werden. «Man muss untersuchen, wie sich unterschiedliche Pestizidgruppen bei verschiedenen Bienenarten auf die Kommunikation zwischen den Geschlechtern auswirken, damit wir die Ursachen für den Rückgang der Bienen in Agrarlandschaften verstehen», betont Samuel Boff.

Literatur

1. Boff, S.; Conrad, T.; Raizer,J.; Wehrhahn, M.; Bayer, M.; Friedel, A.; Panagiotis, T.; Schmitt, T.; Lupi, D. (2022) Low toxicity crop fungicide (fenbuconazole) impacts reproductive male quality signals leading to a reduction of mating success in a wild solitary bee. Journal of Applied Ecology. 59(6): 1596–1607 (https://doi.org/10.1111/1365-2664.14169).