Elektrorezeption in der Luft: unsichtbare Verbindungen in unserer Umgebung
Die Elektrorezeption, also die Fähigkeit, elektrische Felder in einer Umgebung zu erkennen, wurde hauptsächlich bei aquatischen Wirbeltieren erforscht: bei Haien und Rochen, elektrischen Fischen, ein wenig überraschend, auch beim Schnabeltier. Wasser fungiert als das leitende Medium. Aber Elektrizität liegt in der Luft: Die Haare auf unseren Armen stellen sich auf, wenn wir in der Nähe eines Kathodenstrahls sind. Dies ist ein Beispiel für die Elektrorezeption in einem nichtleitenden Medium, oder „Elektrorezeption in der Luft“. Bestäuber und die Pflanzen, die sie anziehen, sind voneinander abhängig. Welche Rolle spielt die Elektrorezeption in der Luft in solch engen symbiotischen Beziehungen? „Für Bienen und Spinnen ist die Wahrnehmung von elektrischen Feldern buchstäblich eine haarsträubende Erfahrung. Wir können beweisen, dass ein elektrisches Feld, wie es zwischen einer Biene und einer Blume herrscht, die kleinen Härchen auf ihrem Kopf und ihren Beinen ablenken kann“, erklärt Daniel Robert, Professor für Bionanowissenschaften am Fachbereich Biowissenschaften der Universität Bristol. Das Projekt ElectroBee, das vom Europäischen Forschungsrat finanziert wurde, entstand aus der Erkenntnis, dass sich eine neue sensorische Modalität, für die wir Menschen unempfindlich sind, also eine verborgene sensorische Dimension, ohne unser Wissen abspielt.
Laser-Doppler-Vibrometer misst Reaktionen bis in den Nanometerbereich
Da die Forschung in eine Welt voller winziger Signale und Rezeptoren vordringt, nutzten Robert und sein Team die Möglichkeiten der Laser-Doppler-Vibrometrie, um die Bewegung von Haaren auf der Skala eines Nanometers zu messen. Er erklärt dazu: „Um einen Eindruck von der Größenordnung zu vermitteln: Ein Nanometer ist für einen Meter, was ein Apfel für die Erde ist. Solche kleinen Bewegungen können von den empfindlichen Neuronen an der Basis vieler Insektenhaare erkannt werden.“ Um festzustellen, ob Hummeln elektrische Signale wahrnehmen können, nahm ElectroBee ein Hummelvolk und ließ es in einem Bereich im Labor fliegen, in dem die Bedingungen gemessen und kontrolliert werden konnten. Den Bienen wurden zwei Arten von Futterstationen angeboten, die entweder Zuckerwasser, das sie gerne mögen, oder Chinin, das sie nicht mögen, enthielten. Alle Futterstationen sahen identisch aus, aber die Futterstationen waren auch als elektrische Plattformen, sogenannte elektrische Blumen, konzipiert. „Wir waren in der Lage, die Spannung zu kontrollieren, und haben die Zuckerwasserzufuhr auf 30 Volt eingestellt, eine geringe Spannung, die ein durchschnittliches Blütenpotential nachahmt, und die Chininzufuhr auf 0 Volt.“ Die Futterstellen wurden nach jedem Besuch umgestellt, um zu verhindern, dass die Hummeln die Position der Futterstellen und die Gesamtgeometrie des Bereichs erlernen. „Wir haben festgestellt, dass die Bienen lernen können, die Zuckerquelle zu finden, indem sie das elektrische Feld mit ihr in Verbindung bringen. Bezeichnenderweise konnten die Bienen nicht lernen, wo sich das Zuckerwasser befand, als wir alle elektrischen Blumen ausschalteten und den Vorgang wiederholten.“
Bienen dazu verleiten, durch Reifen zu fliegen
Um jedoch die Spannung, die die Bienen durch die Blumen erfahren, genau einstellen zu können, musste das Team auch sicherstellen, eine entsprechende elektrostatische Aufladung zu verwenden. Hier kamen Kupferreifen ins Spiel. „Wir könnten diese Mengen messen, indem wir die Hummeln durch einen Ring aus Kupfer fliegen lassen, der dann an ein hochempfindliches Instrument zur Strommessung angeschlossen ist“, fügt Robert hinzu. Da das Team weiß, wie viel Ladung in natürlichen Interaktionen vorhanden ist, konnte es diese nachbilden, indem es mit etwas Übung einen Nylonball auf einem Stück Kunststoff in der richtigen Weise rieb und ihn dann der Hummel unter dem Laserlicht präsentierte. „Das ist ungefähr so, wie auf einer Geburtstagsparty einen Luftballon zu reiben und den Kindern die Haare zu Berge stehen zu lassen“, sagt Robert.
Ein unsichtbares Geflecht der Interaktion
Alle Säugetiere haben Haare aus Keratin, die Ladungen gut speichern können, wodurch die Möglichkeit besteht, dass die Elektrorezeption in der Luft weit verbreitet ist. Aber was ist ihr Nutzen? „Wenn eine Blume besucht wurde, ändert sich ihr Aussehen nicht. Sie hat dieselbe Farbe, dieselbe Form, denselben Geruch. Aber ihr elektrisches Potenzial hat sich verändert, eine Veränderung, die schnell erfolgt und die den vorherigen Besuch einer Biene verrät. Der Vorteil ist, dass die jüngste Geschichte dieser Blume an ihrem elektrischen Status ablesbar ist“, kommentiert Robert. Es geht aber nicht nur um Bienen. Die Elektrorezeption in der Luft verhilft Spinnen zu einem Ballonverhalten, durch das sie Hunderte Kilometer weit fliegen können. Raupen können so ihre elektrisch geladenen Fressfeinde, die Wespen, erkennen, wenn sie sich nähern. „Wir konnten jetzt mehrere Beispiele für Elektrorezeption in der Luft mit adaptivem Wert dokumentieren, und es gibt sicherlich noch viele weitere, die nur auf wissenschaftliche Aufmerksamkeit warten.“ Die Forschungsarbeit ist von großer Bedeutung und wurde in mehreren wissenschaftlichen Fachzeitschriften veröffentlicht, da in ihr erstmals nachgewiesen wird, dass elektrische Felder, die durch die Luft übertragen werden, von Hummeln und anderen terrestrischen Arthropoden erkannt und gelernt werden können. „Als wir besser darin wurden, winzige elektrische Felder an Bienen, Spinnen, Blumen und Raupen zu messen, begann ich vor meinem ‚geistigen Auge‘ zu erkennen, wie die elektrostatische Welt aussehen könnte: Blumen auf einer Wiese leuchten auf, wenn Bienen vorbeifliegen. Oder Spinnenseide, die wie ein Laserlicht in den Himmel ragt und sie auf eine lange Reise mitnimmt“, bemerkt Robert. „Ich sehe diese elektrostatischen Kräfte als flüchtige, winzige elektrische Stränge, die ständig entstehen und vergehen: Verbindungen zwischen Organismen, die an die Komplexität des Lebensgewebes erinnern.“
Schlüsselbegriffe
ElectroBee, Europäischer Forschungsrat, Bienen, Hummeln, Elektrorezeption in der Luft, Spannung, elektrostatische Kräfte, adaptiver Wert, Blumen, Bestäuber
