Ein Gerät erkennt und zählt Honigbienen, die einen gefährlichen Parasiten beherbergen

Varroa-Milben, wie die braune Milbe hinter dem Kopf dieser Biene, können Honigbienenvölker töten. Auf der Regeneron International Science and Engineering Fair 2023 stellten drei Teenager ihr automatisiertes System zur Erkennung von Schädlingen an Bienen vor. Es könnte Imkern helfen, zu wissen, wann sie milbentötende Pestizide einsetzen müssen.

Bee-individual/iStock/Getty Images Plus

Von McKenzie Prillaman

vor 13 Stunden

Dallas, Texas — Honigbienen sterben in weiten Teilen ihres Verbreitungsgebiets. Für viele der kranken und sterbenden Völker wird ein Parasit namens Varroamilbe verantwortlich gemacht. Ein Trio von Teenagern hat jetzt ein automatisiertes System entwickelt, das mit Milben infizierte Bienen erkennen und verfolgen kann, wenn sie ihre Bienenstöcke betreten und verlassen. Dadurch könnten Imker wissen, wie viele Bienen betroffen sind – und wann es Zeit ist, den Bienenstock mit milbentötenden Chemikalien zu behandeln.

Albert Dehne (19), Daniel Cermann (19) und Richard Ueltzen (18) stellten ihr neues Bildgebungssystem letzten Monat auf der Regeneron International Science and Engineering Fair (ISEF) vor. Dieser Wettbewerb ist ein Programm der Society for Science (die auch dieses Magazin herausgibt).

Die Teenager absolvierten das Albert-Schweitzer-Gymnasium in Erfurt, Deutschland. Sie haben den Milbensucher entwickelt, um den Befall in ihren eigenen Hinterhöfen zu bekämpfen.

„Ich bin grundsätzlich mit Bienen und den täglichen Aufgaben der Imkerei aufgewachsen“, erklärt Daniel. Sein Vater, ein Imker, hat mit den lästigen Milben zu kämpfen. Da sich diese Parasiten vom Fett der Bienen ernähren, können sie auch Keime übertragen. Seit Jahrzehnten werden diese Milben mit dem Sterben von Honigbienen in US-amerikanischen und europäischen Bienenstöcken in Verbindung gebracht.

Imker können die Milben mit Chemikalien abtöten. Aber sie müssen genau die richtige Menge auftragen. Wenn Sie zu wenig davon verwenden, werden die Milben durch die Chemikalie nicht beseitigt. Wenn Sie zu viel davon verwenden, kann es den Bienen schaden. Aktuelle Methoden zur Messung des Befalls seien nicht sehr genau, sagt Richard, oder sie seien nicht sehr zeitgemäß.

Bei Bienen sind die Milben im sichtbaren Licht schwer zu erkennen. Um ein besseres System aufzubauen, experimentierten die Teenager, um eine Lichtwellenlänge zu finden, die die Milben besser hervorheben würde. Bei Betrachtung mit 870-Nanometer-Licht – einer Infrarotwellenlänge – erscheinen die Schädlinge viel heller als ihre Wirtsbienen. (Dieses Licht sieht auf den Bildern und Videos der Teenager lila aus.) Bienen können das Infrarotlicht nicht sehen, daher stört es sie nicht.

Um einen Milbendetektor zu bauen, befestigten die Teenager ihr UV-Lichtsystem an einem Bienenstock. Es erweitert den Eingang des Bienenstocks um etwa 20 Zentimeter. Zwei Videokameras überwachen das Ein- und Ausströmen der Bienen, während sie mit Infrarotlicht beleuchtet werden. Ein kleiner Computer steht auf einem Regal über den Kameras und scannt das Video. Wenn es eine Biene entdeckt, die eine Milbe beherbergt, markiert es das Insekt als infiziert. Ein wetterfestes Dach über der Anlage schützt die Geräte und sorgt für eine gleichmäßige Beleuchtung.

Das Team trainierte das System mithilfe von 6.500 Bildern, um Milben zu erkennen. Die Teenager testeten es dann an Daniels Bienenstöcken im Hinterhof. In etwa 19 von 20 Fällen wurden die Schädlinge korrekt gefunden.

Das neue System kann auch das Verhältnis von infizierten zu nicht infizierten Bienen berechnen. Dies kann Imkern dabei helfen, herauszufinden, ob sie Chemikalien gegen die Milben anwenden sollten. Bei einem kleinen Befall, sagt Daniel, könnte ein Imker wie sein Vater beschließen, ihn nicht sofort zu behandeln. Eine Verzögerung der Behandlung würde Zeit und Geld sparen.

„Noch wichtiger“, bemerkt Daniel, „kann den Bienen dadurch viel Stress erspart werden.“ Die Behandlung von Bienen kann sie schwächen. Das kann Bienen schaden, die bereits durch die Milben gestresst sind.

Künftig will das Trio auch die Unterseite der Bienen auf Milben überwachen. Sie wollen das System auch darauf trainieren, andere Parasiten zu erkennen. Vorerst freuten sich die drei Freunde – die mittlerweile verschiedene Colleges besuchen – jedoch auf das Wiedersehen.

Albert, Daniel und Richard gewannen den dritten Platz in der Kategorie Robotik und intelligente Maschinen und teilten sich einen Preis in Höhe von 1.000 US-Dollar. Sie erhielten außerdem eine lobende Erwähnung von der Association for the Advancement of Artificial Intelligence. Diese Auszeichnung gewährt den Jugendlichen Mitgliedschaften in der Gesellschaft.

Dieses Team gehörte zu den mehr als 1.600 High-School-Finalisten aus 64 Ländern, Regionen und Territorien. Regeneron ISEF hat dieses Jahr fast 9 Millionen US-Dollar an Preisen ausgezahlt. Dieses Programm wird seit Beginn der jährlichen Veranstaltung im Jahr 1950 von der Society for Science durchgeführt.

jährlich : Adjektiv für etwas, das jedes Jahr passiert. (in der Botanik) Eine Pflanze, die nur ein Jahr lebt, daher normalerweise eine auffällige Blüte hat und viele Samen produziert.

künstliche Intelligenz : Eine Art wissensbasierter Entscheidungsfindung, die von Maschinen oder Computern gezeigt wird. Der Begriff bezieht sich auch auf das Forschungsgebiet, in dem Wissenschaftler versuchen, Maschinen oder Computersoftware zu entwickeln, die zu intelligentem Verhalten fähig sind.

Maschinenbau : Der Forschungsbereich, der Mathematik und Naturwissenschaften zur Lösung praktischer Probleme nutzt. Jemand, der in diesem Bereich tätig ist, wird als Ingenieur bezeichnet.

Messgerät : Ein Gerät zum Messen der Größe oder des Volumens von etwas. Beispielsweise verfolgen Gezeitenmesser die sich ständig ändernde Höhe des Küstenwasserspiegels im Laufe des Tages. Oder jedes System oder Ereignis, das zur Schätzung der Größe oder des Ausmaßes von etwas anderem verwendet werden kann. (v. messen) Der Vorgang des Messens oder Schätzens der Größe von etwas.

weiterführende Schule : Eine Bezeichnung für die Klassenstufen neun bis zwölf im US-amerikanischen System der öffentlichen Schulpflicht. Abiturienten können sich an Hochschulen für eine weiterführende Ausbildung bewerben.

Gastgeber : (in Biologie und Medizin) Der Organismus (oder die Umgebung), in dem sich etwas anderes befindet. Der Mensch kann ein vorübergehender Wirt für lebensmittelvergiftende Keime oder andere Infektionserreger sein.

Befall: Eine parasitäre Schädlingsgemeinschaft, beispielsweise wenn sich Wespen auf der Veranda eines verlassenen Hauses niederlassen.

Infrarot : Eine Art elektromagnetischer Strahlung, die für das menschliche Auge unsichtbar ist. Der Name enthält einen lateinischen Begriff und bedeutet „unter Rot“. Infrarotlicht hat längere Wellenlängen als die für den Menschen sichtbaren. Zu den weiteren unsichtbaren Wellenlängen zählen Röntgenstrahlen, Radiowellen und Mikrowellen. Infrarotlicht neigt dazu, die Wärmesignatur eines Objekts oder einer Umgebung aufzuzeichnen.

Insekt : Eine Art Arthropoden, der im Erwachsenenalter sechs segmentierte Beine und drei Körperteile hat: Kopf, Brustkorb und Bauch. Es gibt Hunderttausende Insekten, darunter Bienen, Käfer, Fliegen und Motten.

Milbe : Ein Wirbelloses, das zur großen Tiergruppe der Spinnentiere gehört, zu der auch Spinnen und Zecken gehören. Bei keinem davon handelt es sich um Insekten, obwohl sie wie Insekten zur größeren Dachgruppe der Arthropoden gehören (benannt nach den segmentierten Beinen ihrer Mitglieder).

Monitor: Um etwas zu testen, zu probieren oder anzusehen, insbesondere regelmäßig oder fortlaufend.

Parasit : Ein Organismus, der Vorteile (z. B. Nahrung) von einer anderen Art, einem sogenannten Wirt, erhält, dem Wirt jedoch in der Regel einen gewissen Schaden oder Unbehagen bereitet. Klassische Beispiele für Parasiten sind Zecken, Flöhe und Bandwürmer.

Verhältnis : Die Beziehung zwischen zwei Zahlen oder Beträgen. Beim Ausschreiben werden die Zahlen normalerweise durch einen Doppelpunkt getrennt, beispielsweise 50:50. Das würde bedeuten, dass es auf 50 Einheiten einer Sache (links) auch 50 Einheiten einer anderen Sache (dargestellt durch die Zahl rechts) gäbe.

Internationale Messe für Wissenschaft und Technik in Regeneron : (Regeneron ISEF) Dieser Wettbewerb wurde erstmals 1950 ins Leben gerufen und ist einer von drei Wettbewerben, die von der Society for Science ins Leben gerufen (und immer noch durchgeführt) werden. Mittlerweile erhalten jedes Jahr rund 1.600 Oberstufenschüler aus mehr als 60 Ländern, Regionen und Territorien die Gelegenheit, ihre unabhängige Forschung beim Regeneron ISEF vorzustellen und um Preise im Wert von durchschnittlich fast 9 Millionen US-Dollar zu konkurrieren.

Gesellschaft für Wissenschaft : Eine 1921 gegründete gemeinnützige Organisation mit Sitz in Washington, D.C. Seit ihrer Gründung fördert die Gesellschaft nicht nur das öffentliche Engagement in der wissenschaftlichen Forschung, sondern auch das öffentliche Verständnis der Wissenschaft. Es hat drei renommierte Wissenschaftswettbewerbe ins Leben gerufen und führt diese auch weiterhin durch: die Regeneron Science Talent Search (begonnen 1942), die Regeneron International Science and Engineering Fair (ursprünglich 1950 ins Leben gerufen) und MASTERS (von 2010 bis 2022) sowie die Thermo Fisher Scientific Junior Innovators Herausforderung (gestartet im Jahr 2023). Die Gesellschaft veröffentlicht auch preisgekrönten Journalismus: in Science News (gegründet 1922) und Science News Explores (gegründet 2003).

Stress : (in der Biologie) Ein Faktor – wie ungewöhnliche Temperaturen, Bewegungen, Feuchtigkeit oder Verschmutzung – der die Gesundheit einer Art oder eines Ökosystems beeinflusst. (in der Psychologie) Eine mentale, physische, emotionale oder Verhaltensreaktion auf ein Ereignis oder einen Umstand (Stressor), die den normalen Zustand einer Person oder eines Tieres stört oder erhöhte Anforderungen an eine Person oder ein Tier stellt; Psychischer Stress kann sowohl positiv als auch negativ sein. (in der Physik) Druck oder Spannung, die auf ein materielles Objekt ausgeübt wird.

System : Ein Netzwerk aus Teilen, die zusammenarbeiten, um eine bestimmte Funktion zu erfüllen. Beispielsweise sind Blut, Gefäße und Herz die Hauptbestandteile des Kreislaufsystems des menschlichen Körpers. Ebenso gehören Züge, Bahnsteige, Gleise, Fahrbahnsignale und Überführungen zu den potenziellen Komponenten des Eisenbahnsystems eines Landes. Das System kann sogar auf Prozesse oder Ideen angewendet werden, die Teil einer Methode oder eines geordneten Satzes von Verfahren zur Erledigung einer Aufgabe sind.

übertragen: (n. Übertragung) Zum Senden oder Weitergeben.

Virus : Winzige infektiöse Partikel, die aus genetischem Material (RNA oder DNA) bestehen und von Proteinen umgeben sind. Viren können sich nur vermehren, indem sie ihr genetisches Material in die Zellen von Lebewesen einschleusen. Obwohl Wissenschaftler Viren häufig als lebend oder tot bezeichnen, argumentieren viele Wissenschaftler tatsächlich, dass kein Virus wirklich lebt. Es frisst nicht wie Tiere und stellt seine Nahrung nicht selbst her wie Pflanzen. Um zu überleben, muss es die Zellmaschinerie einer lebenden Zelle kapern.

Wellenlänge : Der Abstand zwischen einem Gipfel und dem nächsten in einer Reihe von Wellen oder der Abstand zwischen einem Tiefpunkt und dem nächsten. Es ist auch einer der „Maßstäbe“ zur Messung der Strahlung. Sichtbares Licht – das sich wie alle elektromagnetische Strahlung in Wellen ausbreitet – umfasst Wellenlängen zwischen etwa 380 Nanometern (violett) und etwa 740 Nanometern (rot). Strahlung mit kürzeren Wellenlängen als sichtbares Licht umfasst Gammastrahlen, Röntgenstrahlen und ultraviolettes Licht. Zu den längerwelligen Strahlungen zählen Infrarotlicht, Mikrowellen und Radiowellen.

McKenzie Prillaman ist Praktikantin für wissenschaftliches Schreiben im Frühjahr 2023 bei Science News. Sie hat einen Bachelor-Abschluss in Neurowissenschaften mit Nebenfach Bioethik von der University of Virginia und einen Master-Abschluss in Wissenschaftskommunikation von der University of California, Santa Cruz.

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