1. Strategie in Verbindung mit der Brut – VSH

Die Entfernung von befallenem Brut, bezeichnet als VSH-Verhalten (für Varroa sensitive hygiene), ist eine sehr wirksame Methode zur Reduktion von Varroa, die auch von der asiatischen Honigbiene genutzt wird.

In der untenstehenden Abbildung wird die „normale“ Reproduktion von Varroa auf der linken Seite dargestellt. Die Bienenkönigin legt ein Ei. Das Ei entwickelt sich zu einer Larve, die von einer Arbeiterbiene gefüttert wird. Sobald die Larve nahezu ausgewachsen ist, dringt eine Varroa in die Zelle ein. Kurz darauf wird die Zelle von einer Arbeiterbiene verdeckelt. Varroa kann nun mit der Fortpflanzung beginnen, indem sie zunächst ein Ei legt, aus dem ein Männchen entsteht, und anschließend weitere Eier legt, aus denen Weibchen hervorgehen. Das gründende Varroa-Weibchen sticht anschließend ein Loch in die Kutikula der Bienenlarve und nimmt dort Hämolymphe (=Blut) auf. Dasselbe Loch wird auch zur Ernährung der Nachkommen genutzt. Die neu geschlüpften Varroa-Weibchen paaren sich dann mit dem Varroa-Männchen und verlassen die Zelle, sobald die Bienenpuppe schlüpft.

Biene und Varroa – Illustration

 

Auf der rechten Seite der Abbildung und im untenstehenden Video wird gezeigt, was geschieht, wenn die Bienen das VSH-Verhalten geerbt haben. Ein weiteres Varroa-Weibchen dringt in eine andere Zelle ein, um einen neuen Reproduktionszyklus zu beginnen. Einige Arbeiterbienen können jedoch erkennen, dass sich eine Varroa in der verdeckelten Zelle befindet (möglicherweise über den Geruch der befallenen Larve oder über den Geruch der Varroa selbst oder ihrer Nachkommen – dies ist nicht eindeutig). Diese Arbeiterbienen öffnen die Zelle mit der unreifen Puppe. Sobald die Zelle geöffnet ist, wird die befallene Puppe von einer Arbeiterbiene entfernt. Varroa hat damit keine Möglichkeit mehr, sich zu vermehren. Ein Teil der ausgestoßenen Varroas versucht möglicherweise, in eine andere Zelle einzudringen, aber letztlich ist auch ihre Lebensdauer begrenzt.

Es ist nachgewiesen, dass dieses VSH-Verhalten sehr wirksam ist. Wird befallene Brut aus einem Nicht-VSH-Volk in ein VSH-Volk übertragen, werden die meisten Varroas (> 90%) erkannt und entfernt. Wird die Königin eines Nicht-VSH-Volkes in einem Volk mit hoher Milbenzahl durch eine VSH-Königin ersetzt, beginnt die Milbenzahl zu sinken, sobald genügend Töchter der neuen Königin im Volk vorhanden sind. Angesichts dieser guten Ergebnisse und der Möglichkeit, dieses Verhalten zu selektieren (siehe weiter unten), werden wir dieses Verhalten in der Zucht, Selektion und Verteilung unserer Bienen nutzen (Projekt BrSD).

2. Weitere brutbezogene Strategien

• Die Nicht-Reproduktion von Varroa in der Brut: In einigen Völkern dringt eine relativ hohe Zahl von Milben in Brutzellen ein, kann jedoch die Reproduktion nicht beginnen. Die Mechanismen hinter diesem Merkmal sind noch unklar, aber wir können das Ergebnis dieses Merkmals in unseren Experimenten erfassen, da wir sowohl die Zahl reproduktiver Milben als auch die Zahl nicht reproduktiver Milben messen werden (Projekt BrSD).
• Die Wiederverdeckelung: das Öffnen und anschließende erneute Verdeckeln befallener Brut. In diesem Fall werden Brut und Varroa nicht entfernt, aber offenbar wird Varroa in seiner Reproduktion gestört, und die Varroa-Töchter (Nachkommen) sind zudem weniger fertil. Dieses Merkmal könnte tatsächlich eine Variation des VSH-Verhaltens sein, das Phänomen kann jedoch gemessen werden, da die Zellen ein anderes Erscheinungsbild haben (Projekte VIMM, BrSD).
• Die relative Attraktivität für Brut oder für adulte Bienen: Es wurde gezeigt, dass Varroa bei bestimmten Bienenlinien im Vergleich zu anderen Linien weniger von der Brut angezogen wird. Varroa verbleibt dann länger auf adulten Bienen und vermehrt sich nicht, was eine höhere Wahrscheinlichkeit des Abputzens oder der Schädigung zur Folge hat. Es ist mit erheblichem Aufwand verbunden, dieses Merkmal zu erfassen; eine Selektion auf dieses Merkmal erscheint daher schwierig.
• Die Populationsdynamik der Bienen (verlängerte Brut, Schwärmen …): Ein Bienenvolk trifft zahlreiche Schlüsselentscheidungen. Es kann beschließen, ein Schwärmen vorzubereiten (was für das neue Volk und für das verbleibende Volk eine brutfreie Phase erzeugt – eine Phase, in der Varroa sich nicht vermehren kann), es kann beschließen, sehr früh in der Saison die Eiablage einzustellen (um eine lange winterliche brutfreie Phase zu haben – weniger Varroas überleben den Winter) usw. Die ausgeprägte Schwarmneigung in tropischen Regionen ist eine Möglichkeit, Varroa-Befall entgegenzuwirken. Für vom Imker bewirtschaftete Völker können wir die Populationsdynamik nutzen, um für Varroa ein ungünstiges Umfeld zu schaffen, in dem Behandlungen wirksamer sind oder in Kombination mit der Nutzung einer bereits teilweise resistenten Biene das Wachstum von Varroa einfach verhindern (Projekt Bienenmanagement und integrierte Behandlungen (BMaT)).
• Die Dauer des verdeckelten Brutstadiums: Die asiatische Honigbiene, die kleiner ist als die europäische Honigbiene, hat eine kürzere Dauer des verdeckelten Brutstadiums. Dies führt dazu, dass zum Zeitpunkt des Schlupfs der Biene weniger reife Varroas vorhanden sind. Es wurde spekuliert, dass man Bienen auf eine kürzere Dauer dieses verdeckelten Brutstadiums selektieren könnte. Allerdings wurden diesbezüglich keine Fortschritte erzielt (es ist wahrscheinlich biologisch schwer zu realisieren). Es wurde jedoch gezeigt, dass die Nutzung kleiner Zellen (natürliche Größe) kleinere Bienen schlüpfen lässt, die ebenfalls eine kürzere Dauer des verdeckelten Brutstadiums aufweisen, was die Produktion reifer Varroas in der Arbeiterinnenbrut erschwert. Der Effekt kleiner Zellen in Verbindung mit der Nutzung Varroa-resistenter Bienen wird im Projekt BMaT untersucht.
• Temperaturänderungen im Brutnest. Es wurde gezeigt, dass Varroas sich bei niedriger Temperatur schneller vermehren. Eine Erhöhung der Temperatur (z. B. in tropischen Klimaten) wird daher das Wachstum der Varroa-Zahlen verringern. Die Bedeutung dieses Merkmals für die Gesamtresistenz gegenüber Varroa ist nicht sehr klar. Befürworter kleiner Zellen argumentieren jedoch, dass Völker mit kleinen Zellen auch engere Abstände zwischen den Waben haben und dadurch ein kompakteres und wärmeres Brutnest bilden, was sich negativ auf Varroa-Populationen auswirkt.

 

3. Strategien in Verbindung mit der Phase, in der Varroa auf adulten Bienen verbleibt.

Wenn Varroa sich nicht in der Brut zur Reproduktion befindet, lebt sie auf den Bienen, ernährt sich und bereitet sich darauf vor, wieder in die Brut zu gehen. Diese Phase ist auch eine Gelegenheit für die Bienen, Varroa zu bekämpfen :

• Abputzen (innerhalb und außerhalb des Stocks): Die Biene entfernt die Milbe von sich selbst oder von einer Nestgenossin. Dies ist ebenfalls ein Verhalten, das bei der asiatischen Honigbiene beobachtet wird und sehr wahrscheinlich interessant für die Selektion ist, sofern eine Selektionsmethode entwickelt werden kann. Varroa ist gefährdet, wenn sie nicht mehr auf einer Biene sitzt, da sie sich schlechter auf den Waben halten kann und dann zu fallen droht. Das Abputzen wird in Verbindung mit der Nutzung kleiner Zellen im Projekt „zusätzliche Merkmale der Varroa-Resistenz“ (VaRT) untersucht. Das Abputzen ist zudem relevant im Zusammenhang mit dem folgenden Verhalten, der Fähigkeit, Varroa zu beschädigen oder zu töten.
• Die Fähigkeit der Bienen, Varroa zu beschädigen oder zu töten: beispielsweise indem ein Bein ausgerissen oder der Panzer der Milbe beschädigt wird. Unterschiedliche Ausmaße von Schäden, die Bienen verursachen, wurden in verschiedenen Bienenlinien beobachtet. Die Menge der Schäden an den Milben zu messen ist nicht einfach und erfordert eine spezielle Handhabung der Völker sowie eine sorgfältige Untersuchung der toten Milben unter dem Binokular. Es sind weitere Forschungen erforderlich, bevor dieses Merkmal in einem Zucht- und Selektionsprogramm genutzt werden kann. 
• Resistenz/Toleranz der Bienen gegenüber Viren: Die Biene hat ein relativ wenig entwickeltes Immunsystem, da sie sich auf ihren Panzer stützt, um Viren und Bakterien außerhalb ihres Körpers zu halten. Bestimmte Bienenlinien dürften gegenüber bestimmten Viren oder Bakterien besser resistent sein, jedoch kann diskutiert werden, ob dies ein gutes Selektionskriterium ist. Messung und Bestimmung der Virusresistenz sind schwierig und würden das Problem nicht an der Quelle behandeln – Varroa (denn wenige Varroas bedeuten wenige Viren) – daher werden wir dieses Merkmal nicht untersuchen.

Kontrolle von Völkern in einem kommerziellen Bienenstand (Ralph Büchler)

4. Methoden zur Untersuchung oder Selektion von Merkmalen der Varroa-Resistenz

Die beschriebenen Merkmale bilden die Grundlage für die Selektion in einem Zuchtprogramm. Praktische Messmethoden sind jedoch notwendig, um tatsächlich zu bestimmen, ob ein solches Merkmal – oder zumindest dessen Effekt – im Volk vorhanden ist oder nicht.

Gute Messmethoden zu haben ist in der Tat der wichtigste Faktor in einem Zuchtprogramm. Es gibt viel züchterisches Wissen bei Imkern. Zuverlässige, präzise und praktikable Messmethoden sind jedoch selten und stellen für die meisten Zuchtprogramme einen Engpass dar. Aus diesem Grund haben die Verbesserung und Entwicklung von Methoden in den vorgestellten Projekten Priorität. In den folgenden Absätzen werden die am häufigsten verwendeten Methoden beschrieben.

Das VSH-Verhalten: Für diese Methode wird Brut aus einem stark mit Varroa befallenen Volk in ein zu testendes Volk eingebracht, nachdem zuvor die Zahl der Varroas in 200 Brutzellen gezählt wurde. Nach einer Woche wird die Varroa-Zahl erneut in 200 Brutzellen gezählt. Der Grad der Reduktion des Befalls kann bestimmt werden. Es handelt sich um eine gut beschriebene Methode, die von einem Institut oder einer Gruppe erfahrener Züchter eingesetzt werden kann. Der Vorteil dieser Methode ist, dass sie sehr zuverlässig ist und direkt Informationen zum VSH-Verhalten liefert. Der Nachteil ist, dass stark befallene Brut benötigt wird (und damit stark befallene Völker), möglichst früh im Jahr und in großer Menge. Diese Methode ist zeitaufwendig, und viele Imker möchten keinen solchen „Hotspot“ an Varroas in der Nähe ihrer Bienen haben. Diese Methode wird von der Stiftung Arista Bee Research überarbeitet, um ihre Nutzung in großem Maßstab zu ermöglichen (Selektion einer großen Anzahl von Königinnen/Völkern) und – idealerweise – ohne Rückgriff auf stark befallene Völker (Projekt Messmethoden zur Bestimmung des Varroa-Befalls (VIMM)).

Zählen von Varroa in der Brut von VSH-Völkern und Kontrollvölkern (ABR)

 

• Bestimmung des Anteils fertiler/infertiler Varroa-Weibchen in der Brut: In diesem Fall weist das geprüfte Volk ein angemessenes Varroa-Niveau auf (z. B. am Saisonende), und seine Brut kann verwendet werden, um den Anteil nicht fertiler und fertiler Varroas zu bestimmen. Fertile Varroas haben Nachkommen (Söhne und Töchter) in der Zelle, während infertile Varroas keine Nachkommen haben. Da hygienische Bienen nur Brut entfernen, die fertile Varroas enthält, wird ein hygienisches Volk einen relativ hohen Anteil an nicht fertilen Milben aufweisen. Diese Methode kann zur Bildung resistenter Linien dienen. Für Massenselektion könnte diese Technik weniger geeignet sein, da man Selektionsentscheidungen möglichst früh in der Saison treffen möchte (wenn weniger Varroas in der Arbeiterinnenbrut vorhanden sind), während für eine zuverlässige Messung eine größere Varroa-Zahl erforderlich ist.
• Der Pin-Test: Ein kleiner Bereich der Brut wird absichtlich mit einer feinen Nadel beschädigt (oder mit flüssigem Stickstoff eingefroren). Die Zeit und Intensität, mit der die Bienen die beschädigten Zellen ausräumen, ist ein Hinweis auf ihren Hygienestandard. Bienen mit VSH-Verhalten erzielen auch im Pin-Test gute Werte. Umgekehrt ist ein gutes Ergebnis im Pin-Test kein direkter Prädiktor für ein gutes Ergebnis im VSH-Test. Dies könnte dadurch erklärt werden, dass das VSH-Verhalten sowohl von der Detektion von Varroa in der Zelle als auch vom Ausräumverhalten abhängt. Der Pin-Test kann in einem Programm zur Varroa-Resistenz eine Hilfe sein.

Ausgeräumte gefrorene Brut (Renaud Lavend’Homme)

• Das Wachstum der Varroa-Population (MPG): Das Wachstum im Verlauf der Saison wird geschätzt. Eine Verringerung des Wachstums der Varroa-Population ist das Hauptziel der Zucht Varroa-resistenter Bienen. Es ist schwierig, den Befallsgrad direkt zu messen, da Milben sowohl auf den Bienen als auch in der Brut vorhanden sind. Man kann jedoch eine gute Indikation erhalten, wenn mehrere Messungen an einer Bienenprobe aus dem Volk durchgeführt werden (z. B. durch Vermischen und Schütteln von 100–300 Bienen mit Puderzucker, Alkohol oder Detergenzien und anschließendes Zählen der abgefallenen Varroas) oder durch Zählen der Menge toter Varroas unter dem Gitterboden (unter der Annahme einer festen Beziehung zur Zahl lebender Varroas im Volk). Jede der beschriebenen Methoden bringt praktische Probleme mit sich, die später untersucht und im Projekt VIMM rationalisiert werden.
• Untersuchung der Schäden an toten Varroas: Es werden die von Bienen verursachten Schäden an toten Milben untersucht, die unter dem Gitterboden der Beute gefunden werden. Diese Methode erfordert die Expertise eines Forschers, um eine zuverlässige und kohärente Bewertung zu ermöglichen, könnte aber künftig einen zusätzlichen Selektionsweg eröffnen – über die aktive Entfernung und physische Eliminierung (Tod) von Varroa – und könnte ein zusätzliches Verhalten zum VSH darstellen.
• Der „James-Bond“-Test – leben und sterben lassen (Live and let die): Alle Behandlungen einstellen oder Behandlungen reduzieren. Völker, die überleben oder den geringsten Varroa-Befall aufweisen, werden behalten. Diese Methode kann genutzt werden, wenn bereits eine Vorselektion erfolgt ist und man überzeugt ist, dass bereits eine gewisse Varroa-Resistenz vorhanden ist. Es ist der ultimative Test, da er zeigt, was passiert, wenn keine oder nur wenige Behandlungen durchgeführt werden – er ist grundsätzlich der ultimative Test, wenn das Ziel erreicht ist. Der Vorteil des Tests ist, dass die Völker (zumindest anfangs) wahrscheinlich ein hohes Varroa-Niveau haben. Damit werden die Völker unter starkem Selektionsdruck getestet und können zeigen, was sie leisten. Dies kann auch der Nachteil der Methode sein, da Völker mit moderaten Resistenzniveaus (also interessantem genetischem Material) und anderen guten Eigenschaften (Sanftmut, Honigertrag, …) für Zucht und spätere Selektion verloren gehen können.

 

5. Verfügbare Quellen Varroa-resistenter Bienen

In verschiedenen Teilen der Welt sind Bienen mit gewissen Resistenzniveaus gegenüber Varroa aufgetaucht. In isolierten Regionen (häufig tropisch), ohne Imker (und folglich ohne Behandlung), hat der starke Selektionsdruck Populationen hervorgebracht, die sich mehr oder weniger angepasst und gewisse Niveaus natürlicher Varroa-Resistenz entwickelt haben. Diese wilden Völker können relevantes resistentes Material enthalten und uns Hinweise für die Selektion geben.

Genannt werden können:

• Die Primorsky-Bienen aus dem östlichen Russland. Das Landwirtschaftsministerium der Vereinigten Staaten (USDA) hat aus diesen Bienen eine Linie selektiert und entwickelt.
• Die Bienen der tropischen Inseln Antigua und Barbados (die Forschung hat noch nicht begonnen, aber dies könnte ein interessantes Projekt für einen studentischen Forscher sein, um zu identifizieren, was auf diesen Inseln geschehen ist, nachdem die Bienenpopulationen durch Varroa dezimiert worden waren).

Bienen auf Barbados (Ireen Roskam)

• Die afrikanisierten Bienen (Rassenmischung, die in Brasilien versehentlich freigesetzt wurde und inzwischen die Vereinigten Staaten erreicht hat).

Auch die menschliche Selektion hat ihre Wirksamkeit gezeigt, wobei die VSH-Linien der USDA ein gutes Beispiel sind. Obwohl diese Linien gute Eigenschaften der Varroa-Resistenz aufweisen, gelten sie im Vergleich zu anderen im Handel verfügbaren Linien als weniger produktiv. Aus diesem Grund werden diese Linien genutzt, um Kreuzungen mit anderen Linien zu erzeugen, die für die Imkerei günstige Eigenschaften besitzen. Auch in Europa haben erste Kreuzungsversuche begonnen, um VSH in populäre Bienenstämme zu integrieren (wie die Buckfast aus Luxemburg oder Belgien).

Kreuzungen Buckfast x VSH (ABR)

 

In Europa haben zudem mehrere weitere Initiativen begonnen, eine Biene zu selektieren, die resistenter gegenüber Varroa ist : das Programm Carnica AGT, die Zucht durch Kombination Buckfast-Primorky, die Buckfast-Brandenburg, die Elgon-Bienen, die Bienen von Juhani Lundén, die dunkle Biene von Texel oder in Frankreich Gotland, Tiengemeten, die Selektion von John Kefuss, das Projekt Waterworks Dune, das Projekt von Las Palmas, die Organisation Duurzame Bij und weitere. Diese zahlreichen Projekte hängen von sehr motivierten Freiwilligen ab und könnten voraussichtlich von wissenschaftlicher und finanzieller Unterstützung profitieren.

Die Stiftung Arista Bee Research knüpft derzeit Verbindungen zu diesen Projekten und versucht, die Zusammenarbeit zwischen diesen Initiativen zu organisieren, um eine optimale Nutzung von Ressourcen und Wissen sicherzustellen und – wenn möglich – Material und Methoden zu integrieren und auszutauschen.

6. Literaturübersicht

Varroa destructor gilt derzeit als die größte Bedrohung für das Überleben der Honigbiene (Rosenkranz et al. 2010). Denn zusätzlich zu direkten Schäden an Bienen durch den wiederholten Verzehr ihres Fettkörpers sowie durch die Schwächung ihres Immunsystems (Ramsey et al. 2019; Yang et Cox-Foster 2007) beeinträchtigen Varroas die Bienen auch indirekt durch die Übertragung mehrerer Pathogene, darunter insbesondere das Deformed-wing-virus (Boecking et Genersch 2008). Angesichts der durch Varroa verursachten Belastungen wurden verschiedene akarizide Behandlungen (d. h. synthetische oder organische Produkte, die zur Abtötung von Milben eingesetzt werden) entwickelt. Der Einsatz solcher chemischer Verbindungen ist jedoch nicht ohne Risiko, da sie in Bienenprodukten persistieren (Wallner 1999) und zudem eine Gefahr für die Gesundheit der Bienen darstellen (Gregorc et al. 2018). Darüber hinaus wird ihre langfristige Wirksamkeit durch das Auftreten resistenter Milbenpopulationen infrage gestellt (Ellis et al. 2001). Daher ist es wesentlich, sich alternativen, nachhaltigeren Lösungen zuzuwenden. Dazu gehören Bienenlinien, die unterschiedliche Resistenzniveaus gegenüber dem Parasiten ausdrücken. Einerseits gibt es Bienen, die das Merkmal Suppression of Mites Reproduction (SMR) zeigen, und andererseits Bienen, die das Verhalten Varroa Sensitive Hygiene (VSH) ausdrücken. Obwohl die Ausprägung beider Merkmale Varroas wirksam bekämpfen kann, gibt es zahlreiche Merkmale, die sie voneinander unterscheiden.

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