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Die ökologische Rolle der Bienen und ihres Mikrobioms

Bienen und Apoidea sind für die Fortpflanzung wilder Pflanzen und die landwirtschaftliche Produktion von entscheidender Bedeutung. Ihr Schutz ist von grundlegender Bedeutung für die Gesundheit der Umwelt, für die Ernährungssicherheit und die Weltwirtschaft, woran jedes Jahr am 20. Mai anlässlich des Welttags der Bienen und anderer bestäubender Insekten wie Wespen, Hummeln, Schmetterlinge, Motten usw. gedacht wird Käfer. (1,2) Wie beim Menschen spielt auch bei Bienen das Darmmikrobiom eine entscheidende Rolle.

1) Die ökologische Rolle der Bienen

Die Bienen werden oft damit in Verbindung gebrachtApis mellifera, die Art, die üblicherweise für die Honigproduktion gezüchtet wird. Allerdings zählt die Familie der Apoidei, zu der die Bienen gehören, weltweit mindestens 20.000 Arten, wobei etwa 2.000 Arten in Europa und über 1.000 in Italien vorkommen, wie zum Beispiel die Bienen der Gattung Bombus.

Diese riesige Artenvielfalt spiegelt die ökologische Bedeutung von Apoidea wider, die sich vor etwa 100–120 Millionen Jahren parallel zu Angiospermenpflanzen entwickelte. (3)

1.1) Symbiose und Evolution

Die symbiotische Beziehung zwischen Pflanzen, Mikroorganismen und Apoidea hat zur Koevolution von Blüten und Bestäubern geführt:

– Pflanzen entwickeln attraktiv gefärbte Blüten, die viele flüchtige chemische Substanzen und Duftstoffe enthalten, als äußerst raffinierte Form der Aktivität und des Dialogs mit der Tierwelt,

– Apoidea wiederum haben sich daran angepasst, Nektar und Pollen von Blüten zu sammeln (Khalifa et al., 2021, Schöner et al., 2015). (4)

Diese Interaktion gewährleistet die Pflanzenvermehrung durch Bestäubung und trägt außerdem zur genetischen Vielfalt der Pflanzen bei, die für die Widerstandsfähigkeit von Ökosystemen unerlässlich ist.

1.2) Merkmale von Apoidea und Bestäubung

Die ApoideaDank ihrer einzigartigen anatomischen Struktur gehören sie zu den effizientesten Bestäubern.

Die Hinterbeine der Arbeitsbiene (und nur dieser) sind mit einer „Bürste“, die den Pollen sammelt, und einem „Korb“ zum Sammeln und Transportieren des Pollens ausgestattet.

Ihre federleichten Daunen Es lädt sich leicht mit statischer Elektrizität auf und zieht Pollen an, wenn sie sich den Blüten nähern.

Der Verdauungstrakt Es ist in verschiedene Teile unterteilt: Das Ingluvium oder Supersack (Fortsetzung der Speiseröhre) ist ein dünnwandiger, fein gefalteter Sack, der dem Transport und der Lagerung von Nahrungsmitteln dient. Es kann sich so weit ausdehnen, dass es einen großen Teil des Bauches einnimmt.

Die Merkmale machen Apoidea unverzichtbar für die Befruchtung vieler Pflanzenarten, von denen die Produktion von Obst, Gemüse und Samen abhängt.

2) Biodiversitäts- und Bienenzuchtkrise

Der Rückgang der Bienenpopulationen Es hat direkte Auswirkungen auf die Artenvielfalt, die Nahrungsmittelproduktion und die Gesundheit der Ökosysteme. Der weltweite Rückgang der Artenvielfalt wird hauptsächlich durch die intensive Landwirtschaft verursacht, die auf synthetische Pestizide und starke Mechanisierung angewiesen ist, über die wir bereits ausführlich berichtet haben. (5,6,7) Das Ergebnis ist eine Vereinfachung der Lebensräume mit direkter Auswirkung auf verschiedene Tiergruppen.

Klimawandel, gekennzeichnet durch mildere Winter und Veränderungen in den Jahreszeiten, verursachen zusätzlichen Stress, wodurch eine Diskrepanz zwischen der Aktivität der Insekten und der Blüte der Pflanzen entsteht und ihr Überleben gefährdet wird.

Bienenzucht trägt zum Schutz der Bienen bei. Neben der Bereitstellung von Produkten wie Honig, Wachs und Propolis ermöglicht es den Schutz lokaler Bienenarten und der Artenvielfalt.

3) Ökosystem und Mikrobiota

Im Ökosystem BienenDie Darmmikrobiota reguliert die Verdauung von Nahrungsmitteln und die Synthese essentieller Nährstoffe und beeinflusst die Effizienz der Immunabwehr gegen Krankheitserreger.

Die Mikrobiota kann durch die Bodenmikrobiota durch direkte und indirekte Interaktionen mit Pflanzen und organischen Materialien, die Bienen bei ihrer Nahrungssuche sammeln, maßgeblich beeinflusst werden.

Phytochemikalien Beispielsweise können in Pflanzen vorkommende Stoffe die Zusammensetzung der Darmmikrobiota von Bienen modulieren und so deren Gesundheit und Widerstandsfähigkeit gegen Krankheiten verbessern.

Durch Interaktionen Mikrobiom-Wirt können wir verstehen, wie sich Bienen an eine Vielzahl von Umgebungen anpassen und ihre Gesundheit durch einen kontinuierlichen Dialog mit den Mikroben und Chemikalien in ihrem Lebensraum optimieren.

4) Mikrobielle Synergien im Bienendarm, die Studie

Mikrobiomforschung und seine Verbindungen zwischen den Königreichen stellen ein Thema von sowohl ökologischer als auch biomedizinischer Relevanz dar.

Eine aktuelle Studie (Quinn et al. 2024), veröffentlicht in Nature Microbiology, analysiert die symbiotische Interaktion zwischen der Honigbiene und ihrer Darmmikrobiota, mit besonderem Schwerpunkt auf Snodgrassella alvi, einem Betaproteobakterium, das sich von organischen Säuren ernährt.

Die Autoren In der Studie wird hervorgehoben, wie S. alvi sich im Darm von Apis mellifera anpasst und gedeiht, indem es bestimmte Nährstoffe nutzt und den Tryptophan-Stoffwechsel aktiv verändert. Es zeigt eine fortgeschrittene Symbiose und erweitert unser Verständnis darüber, wie Wirtsnährstoffe die mikrobielle Besiedlung beeinflussen. (8)

4.1) Wirt-Mikrobiota-Interaktionen

S. alvi zeichnet sich im Darmmikrobiom von Bienen durch seine Anpassung an eine Ernährung ohne Saccharide zugunsten von vom Wirt stammenden organischen Säuren aus. Es konzentriert sich insbesondere darauf, wie vom Wirt sezernierte Metaboliten, wie etwa organische Säuren, für die Kolonisierung und das Überleben von S. alvi im Darm der Honigbiene von entscheidender Bedeutung sind.

Die Wechselwirkungen zwischen Darmbakterien und ihren tierischen Wirten, wobei der Austausch von Metaboliten Auswirkungen auf die Ernährung, die Darmgesundheit und die Immunfunktion hat. Eine Anpassung, die die Besonderheiten seiner Ernährungsbedürfnisse und seine Rolle innerhalb der mikrobiellen Gemeinschaft des Darms veranschaulicht.

Das Verdauungssystem Die Struktur der Honigbiene mit ihrer relativ einfachen und stabilen Darmmikrobiota bietet ein ideales Modell, um diese Wechselwirkungen im Detail zu untersuchen. Die Analyse zeigt, dass S. alvi organische Säuren wie Citrat, Glycerat und 3-Hydroxy-3-methylglutarat nutzt, die für sein Wachstum und Überleben unerlässlich sind, was eine raffinierte symbiotische Interaktion zeigt.

4.2) Materialien und Methoden

Forschung verwendet einen kontrollierten Ansatz, indem es Bienen mit einem einzigen S. alvi-Stamm besiedelt und die Ernährung der Bienen auf Substrate beschränkt, die vom Bakterium nicht verdaut werden können, um zu zeigen, dass S. alvi organische Säuren assimiliert, die von Bienen aus Nahrungszucker synthetisiert werden.

die Studie hebt hervor, dass S. alvi nicht auf die Ernährung oder Kreuzung mit anderen Mikroben angewiesen ist, sondern auf den Abbau einfacher Kohlenhydrate durch den Wirt.

ursprünglichDie Stämme wurden auf spezifischem Agar gezüchtet und durch 16S-ribosomale RNA-Gensequenzierung identifiziert. Zur Besiedlung wurden Honigbienen unter kontrollierten Bedingungen aufgezogen und mit den Bakterien geimpft. Es wurden strenge Maßnahmen ergriffen, um die Sterilität der Bienen zu validieren und den Pollenverbrauch zu quantifizieren.

Das Mikrobiom studieren Fortschrittliche Instrumente und Techniken wie Isotopenverfolgung, qPCR (Echtzeit-PCR oder quantitative PCR) wurden zur Quantifizierung der Bakterienlast und zur Analyse metabolischer Wechselwirkungen, Extraktion und Analyse von Metaboliten mittels GC-MS (Gaschromatographie-Massenspektrometrie) sowie spezifische Vorbereitungen für die Übertragung eingesetzt Elektronenmikroskopie (TEM) und NanoSIMS-Massenspektrometrie für die Ultrastruktur- und Metabolittransferanalyse zur Beobachtung von Wechselwirkungen auf zellulärer Ebene.

Die Experimente Isotopenverfolgungstests bewerteten die Aufnahme von Substraten durch die Bakterien. Zu den Methoden gehören schließlich eine phylogenetische Analyse der Kynureninase-Genfamilie und statistische Methoden zur Datenanalyse, die die detaillierte und systematische Methodik zur Erforschung der Wirt-Mikrobiota-Interaktionen hervorheben. (8)

4.3) Ergebnisse

Die Ergebnisse der Studie zeigen, dass Snodgrassella alvi in ​​der Lage ist, den Darm von Honigbienen auch in Abwesenheit anderer Nährstoffe zu besiedeln, indem sie vom Wirt stammende organische Säuren verwenden, unabhängig von der Anwesenheit von Pollen oder der Interaktion mit anderen Mikroben.

Forschung zeigt außerdem, dass S. alvi den Tryptophanstoffwechsel beeinflussen kann, indem es Kynurenin in Anthranilat umwandelt, was auf eine spezifische Stoffwechselnische und eine symbiotische Interaktion im breiteren Stoffwechselkontext des Darms hindeutet, die evolutionär zwischen der Honigbiene und S. alvi angepasst wurde. (8)

Gabriel Weisheit

Titelbild von http://beesciencenews.com/2019/11/21/microbial-war-against-american-foulbrood/

Note

(1) Dario Dongo, Andrea Adelmo della Penna. Weltbienentag, Weltbienentag. Keine berechtigte Police. GESCHENK (Großer italienischer Lebensmittelhandel). 20.5.23

(2) WWF. Weltbienentag. https://www.wwf.it/pandanews/animali/giornata-mondiale-delle-api/

(3) Khalifa, Shaden AM, Esraa H. Elshafiey, Aya A. Shetaia, Aida A. Abd El-Wahed, Ahmed F. Algethami, Syed G. Musharraf, Mohamed F. AlAjmi, Chao Zhao, Saad HD Masry, Mohamed M Abdel-Daim und et al. 2021. „Überblick über die Bestäubung durch Bienen und ihren wirtschaftlichen Wert für die Pflanzenproduktion“ Insekten 12, Nr. 8:688 https://doi.org/10.3390/insects12080688

(4) Schöner, Michael & Schöner, Caroline & Simon, Ralph & Grafe, Ulmar & Puechmaille, Sebastien & Ji, Liaw & Kerth, G.. (2015). Fledermäuse werden akustisch von mutualistischen fleischfressenden Pflanzen angezogen. Aktuelle Biologie. 25. 1-6. DOI:10.1016/j.cub.2015.05.054

(5) Dario Dongo. Einfluss von Pestizid-Adjuvantien auf den Geruchssinn von Bienen. GESCHENK (Großer italienischer Lebensmittelhandel). 7.1.24

(6) Dario Dongo. Die Wirkung geht von Pestiziden auf Bienen, Bäume und Pflanzen aus, die von Kulturland entfernt sind. GESCHENK (Großer italienischer Lebensmittelhandel). 21.12.20

(7) Dario Dongo, Gioele Luchese. Pestizide, grünes Licht vom EU-Gerichtshof für nationale Verbote. Lasst uns die Bienen retten. GESCHENK (Großer italienischer Lebensmittelhandel). 7.11.20

(8) Quinn, A., El Chazli, Y., Escrig, S. et al. Vom Wirt stammende organische Säuren ermöglichen die Darmbesiedlung des Honigbienen-Symbionten Snodgrassella alvi. Nat Microbiol (2024). https://doi.org/10.1038/s41564-023-01572-y

Auszubildender wissenschaftlicher Mitarbeiter | Webseite

Abschluss in Landwirtschaft mit Erfahrung in nachhaltiger Landwirtschaft und Permakultur, Labor und ökologischer Überwachung.

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