Vergiss, was Du bisher über Bienenwabenbau wusstest - Wie Bienen wirklich ihre Waben bauen!

Zeitraffervideo hier: https://onlinelibrary.wiley.com/actio...
Die Bienenwaben sind eine der am besten konstruierten Strukturen in der Natur und haben zahlreiche moderne Ingenieurkonstrukte inspiriert. Trotzdem war der genaue Prozess, wie die hexagonalen Zellen im dreidimensionalen Raum geformt werden, bislang nicht vollständig verstanden. Frühere Untersuchungen der Wabenstruktur basierten auf zweidimensionaler Mikroskopie oder direkten visuellen Beobachtungen, wodurch viele wichtige Merkmale ihrer Mikrostruktur und die genauen Wachstumsmechanismen unklar blieben.

Die neuen Erkenntnisse über den Bau von Bienenwaben, die durch die Studie mit 4D-Röntgenmikroskopie (XRM) gewonnen wurden, stellen eine signifikante Weiterentwicklung unseres Verständnisses dieses natürlichen Phänomens dar. Wenn Du schnell auf den neuesten Stand dieser genialen Konstruktionsweise sein wills, bleib dran!

Frühere Untersuchungen basierten hauptsächlich auf zweidimensionaler Mikroskopie und direkten visuellen Beobachtungen. Diese Methoden liefern zwar nützliche Informationen über die Struktur und das Aussehen der Waben, können jedoch keine umfassenden Daten über die dreidimensionalen dynamischen Prozesse beim Wabenbau liefern.
Es wurde allgemein angenommen, dass die hexagonalen Zellen der Wabe in einem eher statischen Prozess gebildet werden, bei dem die Form und die Struktur der Zellen hauptsächlich durch die genetischen Instinkte der Bienen bestimmt werden.
Die genauen Mechanismen, wie und wo die Bienen das Wachsmaterial für den Bau der Waben ablagern, waren nicht vollständig verstanden. Das wollten die Forscher rund um Rahul Franklin ändern und haben daher folgendes gemacht:

Zur Untersuchung der Wabenkonstruktion verfolgten die Forscher das schrittweisen Wachstum der Wabe in regelmäßigen Zeitabständen mittels Röntgentechnoloigie und Zeitrafferaufnahmen. Sie gaben einer Kolonie von Honigbienen Raum, um eine Wabe zu bauen, und entfernten diese alle zwei Stunden für die Aufnahmen, bevor sie sie zurücksetzten. Dieser Prozess wurde insgesamt 15 Mal wiederholt, um die Entwicklung der Wabe zu verfolgen. So konnten die Forscher genau identifizieren, wo die Bienen Material ablagerten und wie dieses Material in die individuellen Wände der Wabe umgeformt wurde.

Sie kamen damit zu folgenden Neuen Erkenntnissen:
Die Studie zeigt, dass die Wabenzellen dynamisch und additiv aus einem zentralen, wellenförmigen Rückgrat heraus wachsen. Dieses Rückgrat ist zuvor nicht dokumentiert worden und trägt wesentlich zu den mechanischen Eigenschaften der Wabe bei.
Durch die Anwendung dieser zeitlich aufgelösten 4D-Mikroskopie konnte das Wachstum der Waben in Echtzeit und im Detail verfolgt werden, was ein viel tieferes Verständnis der räumlichen und zeitlichen Dynamik des Wabenbaus ermöglicht.
pDie Studie identifizierte spezifische "Verdichtungszonen", an denen das Wachsmaterial abgelagert und verdichtet wird. Dies war in früheren Modellen nicht klar definiert. Die Zellen wachsen nicht nur in der Fläche, sondern auch durch Verdichtung des Materials, was zu einer effizienteren Nutzung des Raums und der Materialien führt.

Es wurde festgestellt, dass die Porosität des Wachses und die Kompaktion an bestimmten Stellen des Wabenbaus eine größere Rolle spielen, als bisher angenommen. Diese Faktoren sind entscheidend für die strukturelle Integrität und Stabilität der Wabe.

Die Schrittweise und kontrollierte Weise, in der die Zellen gebaut werden, zeigt ein viel organisierteres und methodischeres Vorgehen der Bienen beim Wabenbau als zuvor gedacht.

Die Ergebnisse zeigten also, dass die individuellen Zellen direkt auf dem wellenförmigen Rückgrat basieren, das als Substrat für alle Wabenzellen dient. Die horizontalen Wände der sich entwickelnden Zelle, die nicht unmittelbar an angrenzende Zellen grenzen, wachsen direkt aus dem Rückgrat, das bereits ein vorgeformtes hexagonales Muster aufweist. Das wellenförmige Rückgrat bildet die Basis, von der alle hexagonalen Zellen ausgehen, was den Bienen eine geniale Methode bietet, die Wabe vor der Bildung horizontaler Zellen zu versteifen.

Diese fortschrittlichen Einsichten bieten nicht nur ein verbessertes Verständnis darüber, wie Bienen ihre Waben konstruieren, sondern könnten auch zu innovativen Anwendungen in der Materialwissenschaft und im Ingenieurwesen führen, insbesondere im Bereich der additiven Fertigung und biomimetischer Materialien.


Quellen:

R. Franklin, S. Niverty, B. A. Harpur, N. Chawla, Unraveling the Mechanisms of the Apis mellifera Honeycomb Construction by 4D X-ray Microscopy. Adv. Mater. 2022, 34, 2202361. https://doi.org/10.1002/adma.202202361

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Videoproduktion: Dominique Damay
Skript: Thorsten Schwerte
Sprecher: Thorsten Schwerte