Zu verstehen, wie Pflanzen und Bestäuber interagieren, ist nicht einfach, wenn Menschen eingreifen. Das Besprühen von Feldfrüchten mit tödlichen Dosen von Pestiziden ist eine hervorragende Möglichkeit, jede Verbindung zwischen Bestäubern und Pflanzen zu unterbrechen. Aber was passiert, wenn die Dosis subletal ist? Forschungen im Labor haben gezeigt, dass subletale Pestiziddosen die Beziehung zwischen Menschen schädigen können. Eine neue Studie von Robert Gegear und Kollegen hat diese subletalen Belastungen auf das Bevölkerungsniveau hochskaliert.

Anstatt ins Feld zu gehen und Insekten zu vergiften, hat Gegears Team ein agentenbasiertes Modell namens SimBee entwickelt. Durch die Änderung von Parametern, die das Gedächtnis und die Informationsverarbeitung einer Biene modellieren, konnten sie verschiedene Szenarien untersuchen. Sie untersuchten, wie sich Stress durch Pestizide auf den Bienenreichtum, die Pflanzenvielfalt und die Stabilität der Pflanzen-Bestäuber-Beziehungen auswirkte. Die Auswirkungen von Pestiziden sind möglicherweise nicht sofort sichtbar. Die Durchführung des Experiments als Simulation bedeutete, dass das Team schnell in die Zukunft vorspulen konnte. Sie sahen, wie Pestizide das Ökosystem über 20 Jahreszeiten beeinflussten.

SimBee ist ein agentenbasiertes Modell. Jede Biene führt eine Reihe von Regeln aus, die die Interaktion zwischen Bienen und Pflanzen im Mikromaßstab nachahmen. Indem diese Berechnungen immer wieder ausgeführt werden, können Wissenschaftler auf der Makroebene nach neuen Mustern suchen. In SimBee verwendet jede Biene Gedächtnis und Informationsverarbeitung, um zu entscheiden, wie sie nach Nektar sucht. Sobald sie Nektar gesammelt haben, deponieren sie ihn in der Kolonie. Die Menge an Nektar in der Kolonie am Ende der Saison legt die Anzahl der Bienen in der Simulation für die nächste Saison fest.

SimBee simuliert jedoch nicht nur Bienen. Pflanzen werden Pollenpunkte zugeordnet. Das Modell verfolgt Besuche, und jede Pflanze kann aus einem Bienenbesuch einen Samen produzieren. Ob eine Pflanze nach einem Bestäuberbesuch einen Samen produziert oder nicht, hängt davon ab, welchen Anteil an kompatiblem Pollen der Bestäuber trägt. Dies gilt bis zu maximal sechs Samen im Modell. Am Ende der Saison keimen 40 % der zufällig ausgewählten Samen zu Pflanzen des nächsten Jahres, es sei denn, das Modell hat eine konstante Anzahl von Pflanzen.

Die Modellierung sowohl von Bestäubern als auch von Pflanzen ermöglicht es dem Modell, die Komplexität in der Beziehung zwischen den beiden zu untersuchen.

Um die Auswirkungen von Pestiziden auf die Bienenpopulation zu untersuchen, setzten die Wissenschaftler die Anzahl der Pflanzen auf eine konstante Zahl und ließen die Bienenpopulation variieren. Beim zweiten Test zur Pflanzenvielfalt waren Bienen eine Konstante. In diesem Modell war es der Samensatz für die Pflanzen, der sich veränderte. Für die Systemstabilität wurden sowohl Bienen als auch Pflanzen so eingestellt, dass sie je nach Erfolg des anderen variieren.

Die Ergebnisse des Modells sind besorgniserregend.

Obwohl nur 25 % der Bestäuber an Gedächtnisstörungen litten, gingen die Bienenpopulationen zurück. Beim Pflanzenvielfaltsexperiment lagen die Dinge etwas anders. In den ersten sechs Staffeln gab es keine offensichtliche Wirkung. Nach sieben Jahreszeiten drohten die Pflanzen jedoch, selbst bei einem konstanten Angebot an Bienen, lokal auszusterben.

Wenn Sie diese beiden Ergebnisse zusammenfügen, passiert etwas Seltsames. Bestäuberzahlen steigen. Den Bienen geht es gut, den Pflanzen nicht. „… als der Anteil der beeinträchtigten Bienen zunahm, stieg auch der heterospezifische Pollentransfer, was zu einem verringerten Samenansatz und schließlich zum Verlust von Pflanzenarten führte“, schreiben Gegear und Kollegen. „Unter der zu 50 % beeinträchtigten Bedingung reichte allein der Anstieg des heterospezifischen Pollentransfers aus, um den Verlust von mindestens einer Pflanzenart in den 20 virtuellen Jahreszeiten voranzutreiben; Die meisten Simulationsläufe zeigten einen Verlust von zwei Arten.“

Wenn Sie Arten aus dem System entfernen, entfernen Sie Pollenstörungen und die verbleibenden Pflanzen haben mehr Erfolgschancen. Je mehr Pflanzen vorhanden sind, auch wenn sie weniger Arten angehören, desto mehr Nahrung gibt es für die virtuellen Bestäuber. Es ist fast wie was dich nicht umbringt, macht dich stärker, aus der Sicht des Bestäubers. Aber das ist eine Simulation, und Es gibt kein kostenloses Mittagessen.

Das Team sagt, dass eine erhöhte Anzahl von beeinträchtigten Bienen dem Pflanzenleben mehr Schaden zufügt. „Unter Bedingungen mit 75 % und 100 % Beeinträchtigung der Bienen endeten alle Simulationsläufe entweder mit einer einzelnen Pflanzenart oder mit dem Zusammenbruch des gesamten Systems“, erklären sie.

Beim Vergleich der Ergebnisse mit der Realität stellt das Team fest: „Unser Modell stellt ein geschlossenes Ökosystem mit einer vereinfachten virtuellen Saison dar; Daher waren genaue Vorhersagen der erwarteten Rückgangsrate für eine bestimmte Art in der realen Welt nicht möglich. Das Modell prognostizierte jedoch, dass kognitiv beeinträchtigte Sammelbienen bei diesen Frequenzen eine 50-prozentige Verringerung des Bienenreichtums in 4–6 Jahren verursachen würden, was mit Rückgängen vereinbar ist gemeldet für die vom Aussterben bedrohte Rostige Hummel (Bombus affinis) und andere in Nordamerika gefährdete Hummelarten.“

Angesichts der Genauigkeit ihrer Bestäubervorhersagen sind die Pflanzenergebnisse besorgniserregend. „Frühere Modellierungsansätze zum Aussterben von Pflanzenarten in Bestäubungsnetzwerken basierten auf der Annahme, dass Bestäuberverlust ist notwendig Pflanzensterben einzuleiten. Wir fanden jedoch heraus, dass Änderungen des Bestäuberverhaltens allein zum Verlust von Pflanzenarten führen können, selbst wenn die Bestäuberpopulationen stabil blieben … oder im Laufe der Zeit sogar zunahmen …“

Co-Extinction ist in vielen Simulationen unnötig, damit Pflanzen verschwinden, aber die Bestäuber von SimBee sind Generalisten. Wenn eine Pflanze, die für das Überleben eines spezialisierten Bestäubers entscheidend ist, verschwindet, wird eine Co-Extinktion wahrscheinlicher. Während weniger tödliche Pestizide wie eine gute Idee erscheinen mögen, können ihre Auswirkungen auf Bestäuber einen Zusammenbruch an anderer Stelle im Ökosystem verschleiern.