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Wie Bienen Spiralen bauen

Komplexe Struktur entsteht ohne "Masterplan" oder Kommunikation

Tetragonula -Nester
Die Wildbiene Tetragonula carbonaria konstruiert Nester, die auffallend oft ein konzentrisches oder spiraliges Muster bilden. © S. Cardoso et al., /University of Granada

Wunder der Natur: Diese spiraligen oder konzentrischen Muster sind das Werk der australischen Wildbiene Tetragonula carbonaria. Wie Biologen herausgefunden haben, konstruieren die Arbeiterinnen diese komplexen, symmetrischen Gebilde ohne Duftkommunikation oder einen übergeordneten Plan. Das Muster ergibt sich stattdessen aus einfachen geometrisch-mathematischen Prinzipien – wie beim Kristallwachstum.

Ob die Blütenblätter einer Rose, das Gehäuse eines Nautilus oder die Zacken eines Schneekristalls: In der Natur kommen überraschend häufig spiralige oder symmetrische Formen vor. Viele davon folgen sogar mathematischen Prinzipien wie dem goldenen Schnitt oder den Fibonacci-Zahlen.

Was wie das Ergebnis eines absichtlichen Entwurfs oder eines Masterplans aussieht, beruht jedoch meist auf Wechselwirkungen auf kleinster Ebene. So bestimmen beispielsweise die Form und das Bindungsverhalten der Wassermoleküle die sechszackige Form der Schneekristalle und die Konzentration bestimmter Wachstumshormone im Pflanzenkeimling reguliert die Lage der Blattansätze.

Nester in Form von Spiralen, Kreisen oder Doppelspiralen

Doch wie ist das bei diesen Bienennestern? Diese spiraligen und konzentrischen Wabenstrukturen stammen von der im Norden Australiens vorkommenden Wildbiene Tetragonula carbonaria. Diese stachellose Biene lebt sozial und legt ihre Nester meist in Höhlen oder Ritzen alter Bäume an. „Die Bienenwaben dieser Art bildet Muster, die Spiralen, Doppelspiralen oder Zielscheiben ähneln“, erklärt Antonio Osuna-Mascaró von der Universität Granada.

Die Arbeiterinnen konstruieren diese Nester, indem sie nach und nach immer neue Wabenzellen an die Enden jeder Schicht oder Reihen anbauen. „Ursprünglich dachte man, dass für diese Muster eine Art Kommunikation oder Koordination zwischen den Arbeiterinnen nötig wäre, beispielsweise in Form chemischer Signale“, so der Forscher. Doch das ließ sich nicht bestätigen.

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Keine Kommunikation nötig

Jetzt haben Osuna-Mascaró und seine Kollegen mithilfe einer Simulation herausgefunden, dass dem komplexen Muster der Tetragonula-Waben eine Kombination aus Selbstorganisation und einfachen mathematischen Grundregeln zugrunde liegt. „Die Bienen koordinieren ihr Handeln durch Interaktion mit ihrer Umwelt, dafür benötigen sie keinen Masterplan und auch keine Kommunikation“, erklären die Forscher.

Stattdessen entsteht die Form der Nester nach dem ähnlichen Prinzip, wie sich die Moleküle beim Kristallwachstum zusammenlagern oder Perlmutt in einer Muschel wächst. „Diese Strukturen sind das Ergebnisse eines Emergenz-Phänomens, es entsteht aus der Summe vieler einfacher Einzelschritte“, erklären die Wissenschaftler. Ihnen ist es gelungen, die Entstehung der Wabennester allein durch zwei Parameter nachzubilden – durch die Größe der Arbeiterbienen und einen Faktor, der die Variabilität der Wabenzellen beschreibt. (Journal of The Royal Society Interface, 2020; doi: 10.1098/rsif.2020.0187)

Quelle: University of Granada

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