Johannes Gutenberg-Universität Mainz Fachbereich 10: Biologie Institut für Entwicklungsbiologie und Neurobiologie Leitung: Dr. Jürgen Schramme SoSe 2017
Protokoll
Bienenpraktikum
Master of Education Modul 13
I
Abbildungsverzeichnis
Abbildung 1: Wahrscheinliche Wahrnehmung einer Blüte von Gelsemium
sempervirens durch eine Biene. (A) Normale Farbfotografie. (B) Fotografie mit
einem 18A UV-darstellenden Filter, der sichtbares Licht herausfiltert. (C)
Simulation, in der sowohl die einzelnen Bildpunkte durch die Ommatidien als
auch die Wellenlängenverschiebung zu höheren Energien bei der Biene
berücksichtigt sind. (D) Bild wie in (C) nur nach neuronaler Verarbeitung, bei der
auch die Spezifika des Appositionsauges berücksichtigt sind. Nach
Dyer/Williams (2007). .......................................................................................... 4
Abbildung 2: Darstellung der Absorptionsbereiche und -maxima der Rezeptoren bei
Bienen. Maxima: UV-Rezeptor = 360 nm, Blau-Rezeptor = 435 nm, Grün-
Rezeptor = 540 nm. Auffällig ist, dass der Grün-Rezeptor über den gesamten
Absorptionsbereich absorbiert. Nach Heldmaier et al. (2013, 911 u. 914). 5
Abbildung 3: Futterquelle ............................................................................................ 7
Abbildung 4: Bienen an der Futterquelle ..................................................................... 7
Abbildung 5: Drehscheibe mit vier Aluminiumplättchen und Plattformen .................... 8
Abbildung 6: Versuchsaufbau ..................................................................................... 8
Abbildung 7: Helligkeitsstufen 1–4. ........................................................................... 10
Abbildung 8: Aufbau der Testingphase ..................................................................... 10
Abbildung 9: Visualisierung des Pairwise Wilcoxon-Rangsaummen-Tests in Form
von Boxplots. 1 = 50% Helligkeit; 2 = 35% Helligkeit; 3 = 20% Helligkeit; 4 = 10%
Helligkeit. n.s. = nicht signifikante Unterschiede; * = signifikante Unterschiede; **
= hoch signifikante Unterschiede; *** = höchst signifikante Unterschiede ......... 13
Abbildung 10: Rohdaten für jede einzelne Biene mit Zuordnung zu Datum und
Wetter. ............................................................................................................... 17
Abbildung 11: Datensatz in R. .................................................................................. 18
Abbildung 12: Einzelne Ergebnisse des Shapiro-Wilk-Tests. ................................... 19
Abbildung 13: Ergebnisse für Kruskal-Wallis-Test. ................................................... 19
Abbildung 14: Ergebnisse für Pairwise Wilcoxon-Rangsummen-Test. ..................... 19
II
Tabellenverzeichnis Tabelle 1: Zuordnung der Helligkeitsstufen zu den Zahlencodes ............................. 10
Tabelle 2: Ergebnisse für den Pairwise Wilcoxon-Rangsummen-Test. X1 = 50%
Helligkeit; X2 = 35% Helligkeit; X3 = 20% Helligkeit; X4 = 10% Helligkeit. ........ 13
Inhaltsverzeichnis
Abbildungsverzeichnis ................................................................................................. I
Tabellenverzeichnis .................................................................................................... II
1. Einleitung ................................................................................................................ 1
2. Theoretischer Hintergrund ...................................................................................... 2
2.1 Operante Konditionierung ................................................................................. 2
2.2 Sinnesphysiologie – Visuelle Wahrnehmung .................................................... 3
2.3 Orientierung ...................................................................................................... 6
2. Material und Aufbau ................................................................................................ 7
3. Durchführung .......................................................................................................... 9
4. Ergebnisse ............................................................................................................ 11
4.1 Shapiro-Wilk-Test ........................................................................................... 11
4.2 Kruskal-Wallis-Test ......................................................................................... 12
4.3 Pairwise Wilcoxon-Rangsummen-Test ........................................................... 12
5. Diskussion ............................................................................................................ 14
6. Literaturverzeichnis .............................................................................................. 16
Anhang ..................................................................................................................... 17
1
1. Einleitung
Bienen sind aufgrund ihrer Bestäubungsleistung das drittwertvollste Haustier des
Menschen. Der größte Nutzen der Bienen für den Menschen ist dabei die
Bestäubung von Nutzpflanzen und damit das Sicherstellen von Nahrung. Aus diesem
Grund besteht nicht nur von Seiten der Imker ein hohes Interesse an der
Bienenforschung (vgl. Tautz 2012, 12ff.).
Das folgende Protokoll basiert auf Arbeiten mit der „honigtragenden Biene“ Apis
mellifera bzw. deren Unterart Apis mellifera carnica. Diese Unterart gilt als sanftmütig
und ist daher bestens geeignet für die einzelnen Versuchsreihen. Die Experimente
beruhen darauf, dass die Apis mellifera carnica Blüten besucht, um Nektar und
Pollen zu sammeln und zu ihrem Volk zurück zu bringen. So stellt sie einerseits die
Honigproduktion und andererseits die Nahrungsbereitstellung sicher. Die Bienen,
welche für unsere Versuche rekrutiert werden sind Sammelbienen. Die
Arbeiterinnen, sind zunächst einmal sterile Weibchen, die in ihrem Leben mehrere
Arbeitsstationen durchlaufen. Innerhalb der letzten Station gilt die Arbeiterin als
Sammelbiene und verlässt so ständig das Nest um Blüten anzufliegen (vgl. Tautz
2012, 12ff.).
Doch welche Blüten bevorzugt eine Biene überhaupt? Die Frage nach der
Blütenpräferenz ist dabei grundlegend für die verschiedenen Versuchsreihen
während des Praktikums. Innerhalb dieses Protokolls wird eine Versuchsreihe rund
um den Faktor der Helligkeit von Blüten vorgestellt und analysiert. Dabei wird
zunächst beschrieben, auf welchen Prinzipien und welchem theoretischen
Hintergrund die Versuchsreihe basiert. Anschließend wird der Ablauf des Versuchs
anschaulich beschrieben sowie die Ergebnisse dargestellt. In der abschließenden
Diskussion wird diese Versuchsreihe mit den anderen Erkenntnissen in einen
größeren Zusammenhang gebracht und diskutiert.
2
2. Theoretischer Hintergrund Im Rahmen von Bienenexperimenten im Jahr 2016 an der Johannes Gutenberg-
Universität Mainz in Kooperation mit Adrian Dyer wurde untersucht, ob Apis mellifera
carnica eine Präferenz für bienen- oder vogelbestäubte Blüten aufweist. Hintergrund
dieser Untersuchung ist die Frage nach der parallelen Evolution von Blütenpflanzen
und Bestäubern. Zur Untersuchung dessen wurden Anflüge von Bienen auf schwarz-
weiß Fotos von 12 bienen- und 12 vogelbestäubten Blüten in der Größe 6 x 6 cm
protokolliert. Als Hintergrundinformation sei erwähnt, dass es in Europa nur
Insektenbestäubung, in Australien jedoch beide Bestäubungsarten gibt. Die
Ergebnisse zeigten, dass eine signifikante Präferenz für bienenbestäubte
Blütenpflanzen vorliegt (vgl. unveröffentlichtes, internes Dokument Dyer).
Die Hypothese ist dabei, dass die Präferenz für bienenbestäubte Blüten alleine mit
der Morphologie der Blüte, z.B. Symmetrie, zu tun hat. Um dies bestätigen zu
können, müssen weitere Einflussfaktoren ausgeschlossen werden. Ziel der
Experimente im Rahmen des Bienenpraktikums 2017 ist es nun, genau diese
weiteren Faktoren festzustellen, welche die Wahl einer Blüte beeinflussen könnten.
Im Experiment „brightness“ wird untersucht, ob Bienen eine Präferenz für bestimmte
Grau-Helligkeitsstufen aufweisen und wenn ja, welche.
2.1 Operante Konditionierung
Das vorliegende Experiment basiert maßgeblich auf Lernprozessen. Der hierbei
stattfindende Prozess wird auch als „operante Konditionierung“ bezeichnet.
Birbaumer/Schmidt (2010, 624) verstehen darunter, „wenn auf eine motorische
Reaktion […] unmittelbar eine positive oder negative Konsequenz (z.B. Futter) folgt
und danach die Reaktion wiederholt (bzw. unterlassen) wird“. In unserem Fall
arbeiten wir nur mit positiven Konsequenzen, also Belohnungen in Form von
konzentrierter Zuckerlösung. Die angesprochene motorische Reaktion ist der
Landeanflug auf die Plattform, welche durch die Belohnung verstärkt wird und somit
nachfolgend weiterhin auftritt. Wichtig ist dabei eine enge zeitliche Abfolge von
motorischer Reaktion und Belohnung, da sonst die Belohnung nicht mit der Reaktion
assoziiert werden kann und kein Lernen stattfindet (vgl. Birbaumer/Schmidt 2010,
624). Diese enge zeitliche Paarung wird auch als „Kontiguität“ bezeichnet (ebd.,
622). Indem diese Prozedur von motorischer Reaktion und Belohnung zehn Mal
3
durchgeführt wird, „festigt“ sich dies im Gedächtnis der Sammelbiene, wodurch die
Wahrscheinlichkeit steigt, dass beim nächsten Anflug dieselbe Reaktion auftritt,
nämlich das Landen auf dem Plateau.
Im vorliegenden Experiment ist dies wichtig, da die Sammelbiene (in Erwartung
Futter zu bekommen) wieder auf einer Plattform landen wird. Es wird ihr jedoch,
nachdem die Priming-Phase mit der operanten Konditionierung abgeschlossen ist,
nur Wasser dargeboten, da der Lernprozess soweit fortgeschritten ist, dass
zumindest für den Auswahl- und Landevorgang keine Belohnung mehr notwendig ist.
Außerdem soll es in der anschließenden Testing-Phase nur noch um die über der
Plattform angebrachten Grautafeln gehen, d.h. die Biene soll ihre Präferenz für eine
Landung daran „festmachen“.
Wichtig ist zu beachten, dass die Testing-Phase nicht unendlich fortgeführt werden
kann, da bei fortlaufendem Ausbleiben der Belohnung der Lernprozess wieder
zunichtegemacht wird, oder wie es auch heißt, der „Extinktion“ unterliegt
(Birbaumer/Schmidt 2010, 623).
2.2 Sinnesphysiologie – Visuelle Wahrnehmung
Da die Bienen im vorliegenden Experiment die verschiedenen Graustufen optisch
erkennen müssen, wird hier ein Überblick über die visuelle Wahrnehmung bei Bienen
gegeben.
Bienen gehören zu den Arthropoden und haben Facettenaugen, welche sich dadurch
auszeichnen, dass sie „das gesamte Sehfeld mit einer Vielzahl von Linsen gleicher
Qualität [abbilden], die das periphere Sehfeld genauso gut darstellen wie seine Mitte“
(Heldmaier et al. 2013, 884). Ein Facettenauge besteht aus vielen Ommatidien,
wobei jedes einzelne ein kleines Auge darstellt (vgl. ebd., 884). Bei Arthropoden gibt
es verschiedene Augentypen, wobei die Bienen als tagaktive Hymenopteren ein
Appositionsauge besitzen (vgl. Heldmaier et al. 2013, 888). Dieses zeichnet sich
dadurch aus, dass es zwar eine gute räumliche Auflösung sowie hohe Sehschärfe
besitzt, dafür aber wenig lichtstark ist (vgl. ebd., 888). Die geringere Lichtstärke wird
aufgrund der Tagaktivität etwas kompensiert. Die „gute“ Auflösung durch die 4000–
5000 Ommatidien (Heldmaier et al., 887) ist jedoch nicht mit dem
Auflösungsvermögen eines menschlichen Auges vergleichbar. Eine ungefähre
Vorstellung erhält man durch die von Dyer/Williams (2007) bearbeiteten Fotografien
(siehe Abb. 1).
4
Abbildung 1: Wahrscheinliche Wahrnehmung einer Blüte von Gelsemium sempervirens durch eine Biene. (A) Normale Farbfotografie. (B) Fotografie mit einem 18A UV-darstellenden Filter, der sichtbares Licht herausfiltert. (C) Simulation, in der sowohl die einzelnen Bildpunkte durch die Ommatidien als auch die Wellenlängenverschiebung zu höheren Energien bei der Biene berücksichtigt sind. (D) Bild wie in (C) nur nach neuronaler Verarbeitung, bei der auch die Spezifika des Appositionsauges berücksichtigt sind. Nach Dyer/Williams (2007).
Die Ommatidien im Appositionsauge sind isoliert voneinander, was dazu führt, dass
jedes Ommatidium einen Bildpunkt des Gesamtbildes produziert (vgl. Heldmaier et
al., 888). Zur neuronalen Verarbeitung sei an dieser Stelle nur angemerkt, dass sie
zeitlich hochauflösend sein muss, da sich die Bienen (oder allgemein fliegende
Insekten) mit hohen Geschwindigkeiten im Flug fortbewegen (vgl. Heldmaier et al.
2013, 895).
Bienen besitzen zum Sehen von Farben in jedem Ommatidium Rezeptoren, die sich
durch drei verschiedene Wellenlängenspezifitäten auszeichnen (siehe Abb. 2). Die
Absorptionsbereiche der Rhodopsine sind bei Bienen zu höheren Energien
verschoben, d.h. sie nehmen UV-Licht wahr, dafür aber kein rot (vgl. Heldmaier et al.
2013, 911; siehe Abb. 2).
5
Abbildung 2: Darstellung der Absorptionsbereiche und -maxima der Rezeptoren bei Bienen. Maxima: UV-
Rezeptor = 360 nm, Blau-Rezeptor = 435 nm, Grün-Rezeptor = 540 nm. Auffällig ist, dass der Grün-Rezeptor über den gesamten Absorptionsbereich absorbiert. Nach Heldmaier et al. (2013, 911 u. 914).
Daraus ergibt sich, dass Bienen ihre Umwelt ganz anders wahrnehmen als
Menschen (siehe Abb. 1). So ist eine „unbunte“ bzw. weiße Wahrnehmung bei
Bienen eine Mischung aus 15% UV, 30% Blau und 55% Grün, was nicht der Weiß-
Wahrnehmung von Menschen entspricht (vgl. Heldmaier et al. 2013, 913). Hinzu
kommt, dass Bienen kein rot wahrnehmen können, es von der Biene also
achromatisch wahrgenommen wird (vgl. ebd., 913). Während die Farbcodierung von
drei Photorezeptoren bestimmt wird, kann die Biene den Faktor Helligkeit nur durch
den L-Rezeptor wahrnehmen (vgl. Hempel de Ibarra et al. 2014, 413).
Bezogen auf den vorliegenden Versuch resultiert daraus, dass die zu testenden
Helligkeitsstufen so ausgewählt werden müssen, dass wirklich nur die Helligkeit für
die Biene wahrnehmbar ist und zwischen den Tafeln keine Farbunterschiede
vorliegen, die die Bienen wahrnehmen und beeinflussen könnten. Ebenso darf die im
Experiment verwendete Aluminiumplatte keine optischen Informationen enthalten,
die später die Wahl der vier verschiedenen Graustufen beeinflusst.
6
2.3 Orientierung Des Weiteren sind die Formen der Orientierung von Bienen zu beachten, um das
Experiment ordnungsgemäß durchzuführen und auszuwerten. Sammelbienen
müssen ihr ortsgebundenes Bienenvolk mit Nektar, Pollen, Wasser und Propolis
versorgen. Dafür müssen sie zunächst geeignete Sammelorte finden, anschließend
zum Volk zurückkehren und ihren Artgenossen im Stock Informationen über
geeignete Standorte übermitteln, damit auch weitere Bienen dort gezielt hinfliegen
können (vgl. Tautz 2012, 88).
Sammelbienen machen zunächst mehrere Orientierungsflüge, um die Umgebung
des Stocks kennenzulernen und finden mithilfe ihres Seh- sowie Riechsinnes farbige,
duftende Blüten, welche als Futterquelle dienen. Bienen können Düfte schon über
weite Entfernungen wahrnehmen, während die Farben der Blüte den Bienen erst
beim nahen Heranfliegen deutlich werden (vgl. Tautz 2012, 75ff.) Die Bienen
unterstützen sowohl erdgebundene Hilfen, wie etwa Bäume und Büsche, als auch
himmelsplatzierte Hilfen, z.B. der Stand der Sonne und das Polarisationsmuster des
Himmels zur Orientierung außerhalb des Stocks. Bienen können also polarisiertes
Licht, „das Licht, das in ungeordnetem Schwingungszustand von der Sonne ausgeht
[und] durch die Erdatmosphäre polarisiert wird“ (Tautz 2012, 88), von unpolarisiertem
durch die spezielle Anatomie des Bienenauges unterscheiden. Mithilfe ihres
Zeitsinnes kann die Biene auch die Erddrehung sowie die begrenzten
Blütenöffnungszeiten bei späteren Anflügen berücksichtigen. Eine Sammelbiene
prägt sich die erdgebundenen Objekte sowie den Stand der Sonne auf dem Flug von
dem lohnenden Standort zum Bienenstock ein, berechnet den Winkel zwischen der
Linie vom Stock zur Sonne und der Linie vom Stock zur Futterquelle und gibt im
Stock bzw. im Freien durch Tanzsprache, wie z.B. Rundtanz und Schwänzeltanz,
den anderen Sammelbienen die nötigen Informationen, um die Futterquelle selbst
aufzusuchen (vgl. Tautz 2012, 88ff., 97).
Bei schlechten Wetterbedingungen ermittelt die Biene den Stand der Sonne durch
das Polarisationsmuster am Himmel. Außerdem ist anzumerken, dass Bienen die
Standortinformationen bei Regen und Gewitter bis zu einer Woche im Gedächtnis
behalten (vgl. Tautz 2012, 92ff.).
7
2. Material und Aufbau Neben dem eigentlichen Versuchsaufbau wird eine Anfütterstation errichtet, die aus
zwei ca. 500 mL großen Glasgefäßen besteht, welche auf Plexiglasplatten gestellt
wird. In den Plexiglasplatten sind Rillen eingefräst, wodurch bei einem gefüllten,
verkehrt herum aufgesetzten Glas, die darin gefüllte Zuckerlösung nach außen treten
kann (siehe Abb. 3 und 4).
Abbildung 3: Futterquelle.
Abbildung 4: Bienen an der Futterquelle.
Zum Material des eigentlichen Versuches gehört eine Drehschreibe aus Metall mit
einem Durchmesser von 50 cm, an der sich versetzbare Haken befinden, an denen
die Aufhänger befestigt werden können (siehe Abb. 5).
8
Abbildung 5: Drehscheibe mit vier Aluminiumplättchen und Plattformen.
An die Drehscheibe können Aufhänger aus grauem Plastik (Maße: 6 x 8 cm) mit
einer Plattform am unteren Ende befestigt werden. Es gibt vier Aufhänger mit 6 x 6
cm großen, sandgestrahlten Aluminiumplättchen über der Plattform und weitere vier
mit 6 x 6 cm großen Grautafeln in den Helligkeitsstufen 10%, 20%, 35% und 50%.
Die Drehscheibe wird an der Stirnseite eines Tisches platziert. In einer Entfernung
von ca. 50 cm wird eine undurchsichtige Barriere aufgestellt, wohinter sich weitere
Versuchsutensilien befinden, die aber hiermit vom eigentlichen Experimentierbereich
abgetrennt werden (siehe Abb. 6).
Abbildung 6: Versuchsaufbau. Zum Material gehören weiterhin ein Anfütterlöffel, Behälter für die hochkonzentrierte
Zuckerlösung (ca. 22–27%), Wasser und Alkohol (30%). Des Weiteren werden
Papiertücher, flüssige Farbe zur Markierung der Bienen, Netz-Siebe zum Einfangen
störender Bienen und Wespen sowie ein Alkoholbehälter benötigt, in dem Bienen,
die den Versuchsdurchlauf beendet haben, abgetötet werden können.
9
3. Durchführung Vom 31.07.2017 bis 09.08.2017 wurde das Experiment „brightness“ an der Johannes
Gutenberg-Universität in Mainz durchgeführt. Mit diesem Experiment wurde dem
australischen Bienenforscher Adrian Dyer zugearbeitet.
Bevor das eigentliche Experiment starten kann, müssen die Bienen zunächst auf
unseren Versuchsaufbau konditioniert werden. Zunächst werden die Bienen zu einer
Futterquelle (siehe Abb. 3 und 4) gelockt, die eine höhere Zuckerkonzentration (ca.
7%) aufweist als die Blüten in ihrer Umgebung.
Von dort werden die Bienen mit einer noch höher konzentrierten Zuckerlösung (ca.
22–27%) mit Hilfe eines transparenten Löffels „abgeholt“ und vorsichtig zur grauen
Drehscheibe (siehe Abb. 5) transportiert. An der Drehschreibe hängen vier
„Aufhänger“ mit Aluminiumplättchen (siehe Abb. 5), welche jeweils mit der
angesetzten Zuckerlösung versehen wurde. Die ausgewählte Biene wurde mithilfe
des Löffels auf eine Plattform überführt. Sobald die Biene mehrmals getrunken sowie
einen Orientierungsflug gemacht hat und zur Plattform zurückgekehrt ist, wird sie am
Thorax farblich markiert.
Anschließend beginnt die Priming-Phase, in der die Biene zehnmal auf die Plattform
zurückfliegen und die Zuckerlösung trinken muss. Damit kann sichergestellt werden,
dass die Biene die Drehschreibe wiederfindet, auf den Plattformen sicher landen
kann und sie konditioniert wird, die Versuchsapparatur aufgrund der „Belohnung“
aufzusuchen. Sie wird mehrmals hinter eine ca. 50 cm entfernte Holzwand gesetzt
(siehe Abb. 6), damit sie einen neuen Anflug auf die Drehscheibe startet und sich
dabei neu orientieren muss.
Während der Priming-Phase werden die Plattformen nach jedem Anflug mit 30%-
igem Ethanol gereinigt, wodurch alle von der Biene hinterlassenen Duftstoffe
beseitigt werden. Damit kann sie sich nicht mehr an ihren eigenen Duftmarken
orientieren und sucht somit nicht automatisch immer nur die Plattform auf, auf der sie
das erste Mal gelandet ist, wodurch sie keine Präferenz entwickelt. Ebenso werden
die Plattformen nach dem Reinigen an einen anderen Platz gehängt bzw. die
Drehscheibe wird zwischen den Anflügen der Biene gedreht. Somit speichert die
Biene auch keinen Ort an der Scheibe ab, den sie immer anfliegt und entwickelt auch
hierfür keine Präferenz. Diese Schritte sind wichtig, da eine Orts- oder Duftpräferenz
die eigentliche Experimentierphase verfälschen könnte.
10
Nach Abschluss der Priming-Phase beginnt die Testing-Phase. Hierzu werden neue
Aufhänger an der Drehscheibe befestigt, welche anstatt der Aluminiumplättchen nun
Tafeln unterschiedlicher Grau-Helligkeitsstufen (10%, 20%, 35%, 50%) über der
Landeplattform aufweisen (siehe Abb. 5). Der Einfachheit halber wurden die
Helligkeitsstufen in einen einfachen Zahlencode überführt (siehe Tab. 1).
Tabelle 1: Zuordnung der Helligkeitsstufen zu den Zahlencodes.
Helligkeit [%] 50 35 20 10
Zahlencode 1 2 3 4
Die Prozentzahlen sind so zu verstehen, dass das hellste Plättchen die größte
Helligkeitsstufe (50%) und das dunkelste die niedrigste Stufe aufweist (10%).
Abbildung 7: Helligkeitsstufen 1–4.
Abbildung 8: Aufbau der Testingphase.
Auf den Plattformen befindet sich nun keine Zuckerlösung mehr, sondern lediglich
Wassertropfen. Aufgrund der Konditionierung in der Priming-Phase kommt die Biene
i.d.R. zurück zum Versuchsaufbau. In den folgenden zehn Anflügen wird nun
beobachtet, welche Helligkeitsstufe die Biene anfliegt. Im Grunde könnte der erste
Anflug ausschlaggebend für eine Beurteilung der Präferenz sein. Der Grund, warum
trotzdem zehn Anflüge protokolliert werden ist, dass der erste Anflug mit den
11
weiteren abgeglichen werden kann, d.h. ob die Biene immer nur dieselbe Graustufe
aufsucht, oder nicht. Als Anflug zählt hierbei eine Berührung der Plattform sowie der
Helligkeitsplättchen. Mit Hilfe der Zahlencodes wurde notiert, bei welchem Anflug die
Biene welche Plattform berührte. Nach jedem Anflug wurde die Scheibe gedreht,
damit keine Präferenz für einen bestimmten Ort an der Drehscheibe entwickelt
werden kann. Eine Reinigung der Plattform ist nicht mehr nötig, da die Bienen nur
Duftstoffe hinterlassen, wenn sie belohnt wurden, bzw. Futter vorgefunden haben.
Nachdem je Biene insgesamt zehn Berührungen notiert wurden, wurde die Biene mit
Hilfe des transparenten Löffels und der Zuckerlösung in Ethanol abgetötet. Zum
einen kann sie dadurch nicht weitere Arbeiterinnen zu dieser Futterstelle locken und
somit kein Chaos verursachen. Zum anderen sind mit den Farbmarkierungen nur
gewisse Variationen möglich, weshalb man die markierten Bienen irgendwann nicht
mehr voneinander unterscheiden kann. Dieser Vorgang wurde mit insgesamt 40
Bienen wiederholt.
4. Ergebnisse
Die notierten Daten der Testing-Phase werden im folgenden Kapitel genauer
untersucht, um mögliche Helligkeitspräferenzen von Bienen ausfindig zu machen.
Dazu werden die durchgeführten Tests beschrieben und für den notierten Datensatz
(vgl. Anhang Abb. 10 und 11) mithilfe des Statistikprogramms R (R version 3.4.1
(2017-06-30)) berechnet.
4.1 Shapiro-Wilk-Test
Der Shapiro-Wilk-Test soll zunächst als eine Art Vortest durchgeführt werden. Durch das Aufstellen zweier Hypothesen (H0; H1) soll so überprüft werden, ob die Daten
normalverteilt vorliegen. Dabei nimmt H0 eine Normalverteilung an, wohingegen H1
die Alternativhypothese darstellt. Innerhalb des Experiments würde eine Normalverteilung vorliegen, wenn die Bienen bestimmte Helligkeitsstufen klar vor anderen präferieren. Um den Test durchzuführen, müssen zunächst die beiden Hypothesen aufgestellt werden:
12
H0= Anflüge der Bienen auf die verschiedenen Helligkeitsstufen sind normalverteilt. H1= Anflüge der Bienen auf die verschiedenen Helligkeitsstufen sind nicht normalverteilt.
Sobald p < 0,05 ist, wird H0 verworfen und eine nicht normalverteilte Datenreihe angenommen.
Mit dem notierten Datensatz berechnete das Statistikprogramm R Werte für den
Shapiro-Wilk-Test. Für alle Helligkeitsstufen wurden Werte < 0,05 berechnet (vgl.
Anhang Abb. 12), wodurch H0 verworfen werden kann und die Alternativhypothese
angenommen werden muss. Der Shapiro-Wilk-Test zeigt so, dass keine
normalverteilten Daten vorliegen.
4.2 Kruskal-Wallis-Test
Da mehr als zwei Variablen vorliegen und der Shapiro-Wilk-Test bereits gezeigt hat,
dass die Daten nicht normalverteilt sind, wird als nächstes der Kruskal-Wallis-Test
durchgeführt. Durch diesen Test soll untersucht werden, ob zwischen den
Helligkeitsstufen Unterschiede vorliegen. Auch hier müssen erneut Hypothesen
aufgestellt werden, die es zu überprüfen gilt:
H0= Es gibt keine Unterschiede in den Präferenzen bezogen auf die Helligkeit.
H1= Es gibt Unterschiede in den Präferenzen bezogen auf die Helligkeit.
Es gilt wieder, dass H0 verworfen wird, wenn p einen Wert <0,05 annimmt. Für den gesamten Datensatz wurde ein Wert von 0,00796 berechnet, wodurch H0 verworfen werden kann (vgl. Anhang Abb. 13). Demnach liegen in unserem Datensatz Unterschiede vor, die im nächsten Test genauer untersucht werden sollen.
4.3 Pairwise Wilcoxon-Rangsummen-Test
Bis zu diesem Test steht fest, dass der vorliegende Datensatz nicht normalverteilt ist
und Unterschiede vorliegen. Der nun folgende Pairwise Wilcoxon-Rangsummen-Test
vergleicht nun die einzelnen Helligkeitsstufen miteinander, um die Unterschiede
13
weiter zu untersuchen. Für den Datensatz errechnete R folgende Werte (vgl. Anhang
Abb. 14):
Tabelle 2: Ergebnisse für den Pairwise Wilcoxon-Rangsummen-Test. X1 = 50% Helligkeit; X2 = 35% Helligkeit;
X3 = 20% Helligkeit; X4 = 10% Helligkeit. X1 X2 X3 X2 0,3969 – – X3 0,0081 0,1696 – X4 0,3388 0,8027 0,1696
Es fällt auf, dass fünf von sechs Werten erneut >0,05 sind und damit keine
signifikanten Unterschiede im Vergleich dieser Variablen vorliegen. Allerdings zeigt
Tabelle zwei auch, dass genau ein Wert stark heraussticht. Zwischen der Variable
X1, der Helligkeitsstufe 50% und der Variable X3, welche der Helligkeitsstufe von
20% entspricht, scheint es signifikante Unterschiede zu geben. Dieser Vergleich der
einzelnen Variablen untereinander wird in Abbildung neun durch Boxplots grafisch
dargestellt:
Abbildung 9: Visualisierung des Pairwise Wilcoxon-Rangsaummen-Tests in Form von Boxplots. 1 = 50%
Helligkeit; 2 = 35% Helligkeit; 3 = 20% Helligkeit; 4 = 10% Helligkeit. n.s. = nicht signifikante Unterschiede; * = signifikante Unterschiede; ** = hoch signifikante Unterschiede; *** = höchst signifikante Unterschiede.
14
Abbildung 9 zeigt dabei nicht nur, ob es signifikante Unterschiede zwischen den
Variablen gibt. An den Boxplots lässt sich auch erkennen, dass der Median der von
2, 3 und 4 nahezu identisch sind. Lediglich der Median von 1 liegt höher. Auch die
Streuung um den Median von 1 ist verhältnismäßig breit. Zur breiten Streuung fällt
zusätzlich ein Ausreißer von neun Anflügen einer Biene auf. Aus diesen
Erkenntnissen lässt sich schließen, dass die Helligkeitsstufe 50% leicht häufiger
angeflogen wurde, es allerdings keine signifikanten Unterschiede zu den anderen
Helligkeitsstufen 35% und 10% gibt. Nur im Vergleich zu 3 fällt ein hohes
Signifikanzniveau auf. Auch hier zeigt der Boxplot wieder eine größere Streuung an,
was bedeutet, dass einige Bienen diese Helligkeitsstufe wohl präferiert haben,
andere hingegen wiederum gar nicht. Die Boxplots zu 2 und 4 sind insofern auffällig,
als dass sie sehr ähnlich aussehen. Der Median liegt ähnlich, die Streuung eng und
die Ausreißer ebenfalls sehr ähnlich.
5. Diskussion
Für das vorliegende Experiment „brightness“ kann aufgrund unserer Datenlage von
40 getesteten Bienen eine Präferenz eines bestimmten Helligkeitsgrades
ausgeschlossen werden. Im Shapiro-Wilk-Test hat sich herausgestellt, dass keine
normalverteilten Daten vorliegen und die Bienen somit keine bestimmten
Helligkeitsstufen bei ihrem Anflug auf die Drehscheibe präferieren. Der Kruskal-
Wallis-Test hat allerdings Unterschiede im Datensatz gezeigt. Diese sind mit dem
Pairwise Wilcoxon-Rangsummen-Test zwischen den Helligkeitsstufen 50% und 20%
aufgetreten, wobei hoch signifikante Unterschiede festgestellt wurden. Alle anderen
Variablen zeigen keine signifikanten Unterschiede, weshalb weiterhin angenommen
werden kann, dass Bienen keine Präferenz der Helligkeitsstufen von Blüten besitzen.
Es bleibt zu klären, ob die Unterschiede zwischen der Variable 1 und der Variable 3
auch im Gesamtdatensatz erkennbar sind. Zwischen der Helligkeitsstufe 1 und 3 war
der Helligkeitsunterschied nämlich nicht so hoch, wie zwischen 1 und 4, weshalb der
signifikante Unterschied auf andere Faktoren zurückzuführen sein könnte. Die
geringe Stichprobe sowie andere Störvariablen, wie die Sonneneinstrahlung sowie
deren Spiegelung auf den Farbtafeln, die graugefärbte Drehscheibe und individuelle
Unterschiede zwischen den Bienen, können das Anflugverhalten der Bienen
außerdem beeinflusst haben. Die Drehscheibe selbst war in grau gefärbt, weshalb
15
der Unterschied zu der Helligkeitsstufe 1 und 4 deutlicher war als zu den
Helligkeitsstufen 2 und 3. Dyer/Vuong (2008) haben herausgefunden, dass Bienen
von einem kontrastreichen schwarzen Hintergrund abgelenkt wurden, weshalb die
dunkle Helligkeitsstufe eventuell nicht präferiert wurde und demnach weniger häufig
angeflogen wurde als die helleren Plättchen.
Im Vergleich zu den Ergebnissen aus dem Bienenpraktikum 2016 ist demnach
auffällig, dass die Bienen – zumindest die 40 getesteten – auch die Helligkeitsstufen
nicht präferiert auswählen. Somit müsste aufgrund der vorliegenden Daten
ausgeschlossen werden, dass dieser Faktor Apis mellifera carnica bei ihrer Wahl
zwischen bienen- und vogelbestäubenden Blüten beeinflusst hat. Im damaligen
Experiment lag eine signifikante Präferenz für bienenbestäubte Blütenpflanzen vor,
welche vermutlich allein auf die Morphologie der Blüte zurückzuführen ist (vgl.
unveröffentlichtes, internes Dokument A. Dyer). Im vorliegenden Experiment
„brightness“ mit 40 Bienen wurde demnach, auch wenn es signifikante Unterschiede
zwischen der Helligkeitsstufe 1 und 3 gab, ausgeschlossen, dass der Einflussfaktor
Helligkeit die Wahl einer Blüte beeinflusst.
Es ist jedoch zu betonen, dass sich alle Aussagen nur auf eine vergleichsweise
geringe Stichprobe von 40 Individuen beziehen. Dabei muss auch berücksichtigt
werden, dass „Individuen“ eben individuell agieren und reagieren können. Deshalb ist
es notwendig, die aufgestellte Hypothese an einer höheren Stichprobe erneut zu
überprüfen, um eine allgemeingültige Aussage treffen zu können.
16
6. Literaturverzeichnis Birbaumer, Niels/ Schmidt, Robert F. (2010): Biologische Psychologie. 7. überarb.
u. erg. Aufl. Heidelberg: Springer. Dyer A.G./ Vuong Q.C. (2008): Insect Brains Use Image Interpolation Mechanisms
to Recognise Rotated Objects. In: PLoS ONE 3 (12). S. 1–4.
Dyer, Adrian G./ Williams, Susanne K. (2007): A photographic simulation of insect
vision. In: Journal of Opthalmic Photography 29. S. 10–14.
Heldmaier, Gerhard/ Neuweiler, Gerhard/ Rössler, Wolfgang (2013): Vergleichende
Tierphysiologie. 2. vollst. überarb. u. akt. Aufl. Berlin/Heidelberg: Springer.
Hempel de Ibarra N./ Vorobyev M./ Menzel R. (2014): Mechanisms, functions and
ecology of color vision in the honey bee. J comp Physiol 200, S. 411–433.
Tautz, Jürgen (2007): Phänomen Honigbiene. Mit Fotografien von Helga R.
Heilmann. 1. Aufl. Berlin/Heidelberg: Springer.
Choice No. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
31.07.2017 bewölkt, 27°C Bee 1 1 2 4 3 1 3 4 3 4 1
Bee 2 1 3 3 4 3 4 2 2 1 2 02.08.2017 sonnig, 20-27°C Bee 3 3 4 2 4 4 4 4 1 1 3
Bee 4 1 3 3 4 3 2 1 1 4 2
Bee 5 2 4 4 3 2 1 2 1 2 2
Bee 6 2 2 4 4 2 3 1 1 4 2
Bee 7 2 4 1 4 2 2 1 2 1 4 03.08.2017 bewölkt, 23°C Bee 8 2 2 4 3 4 3 4 4 3 3
Bee 9 1 4 3 1 1 3 2 1 2 1
Bee 10 2 1 4 2 4 2 4 1 3 1
Bee 11 4 1 1 1 1 1 1 1 1 1
Bee 12 1 1 4 1 3 4 1 1 1 1
Bee 13 3 3 2 2 2 3 4 4 2 1
Bee 14 1 3 2 1 2 1 1 2 1 1
Bee 15 4 4 1 4 3 3 2 2 4 2
Bee 16 3 1 1 3 4 3 4 4 1 1
Bee 17 4 1 2 1 1 4 1 2 3 4
Bee 18 3 1 2 3 2 1 3 2 3 4 04.08.2017 sonnig, 23°C Bee 19 1 3 1 1 4 3 4 3 2 4
Bee 20 3 3 2 3 4 4 4 2 1 4
Bee 21 3 2 1 1 1 4 3 2 1 4
Bee 22 4 1 4 2 1 1 2 1 4 4
Bee 23 4 2 3 4 1 2 3 1 4 2
Bee 24 1 1 1 1 1 3 4 2 3 4
Bee 25 2 4 3 2 1 4 1 1 3 3 07.08.2017 sonnig, 23°C Bee 26 4 2 1 1 1 2 3 4 1 1
Bee 27 2 2 2 4 3 1 1 3 1 4
Bee 28 4 2 4 4 1 3 4 2 2 2
Bee 29 1 2 4 1 1 4 2 4 2 1
Bee 30 1 1 2 3 1 1 1 1 1 4
Bee 31 2 1 3 1 4 4 1 3 1 2
Bee 32 3 2 2 3 4 1 2 1 1 4 08.08.2017 bewölkt, regnerisch, 20°C Bee 33 3 3 4 3 1 4 2 2 1 3
Bee 34 2 1 1 1 2 4 2 4 2 2
Bee 35 2 3 1 2 4 4 2 1 2 2
Bee 36 2 2 4 1 4 4 1 2 4 3 09.08.2017 sonnig, 24°C Bee 37 3 3 3 4 1 2 3 3 2 4
Bee 38 2 1 1 1 2 2 2 4 2 1
Bee 39 2 3 2 4 3 2 4 2 1 1
Bee 40 3 4 4 4 3 3 2 1 1 2
Anhang
Abbildung 10: Rohdaten für jede einzelne Biene m
it Zuordnung zu Datum
und Wetter.
17
18
Abbildung 11: Datensatz in R.
19
Abbildung 12: Einzelne Ergebnisse des Shapiro-Wilk-Tests.
Abbildung 13: Ergebnisse für Kruskal-Wallis-Test.
Abbildung 14: Ergebnisse für Pairwise Wilcoxon-Rangsummen-Test.
