Eingefrorenes Drohnen-Sperma Durchbruch bei Bienenzucht im Labor

Im idyllischen Hohen Neuendorf bei Berlin befindet sich das Länderinstitut für Bienenkunde. An der Forschungseinrichtung, für die auch Sachsen, Sachsen-Anhalt und Thüringen Projekte finanzieren, wird Honig analysiert und zu Bienen-Krankheiten geforscht. Auch Bienen werden hier gezüchtet. Vor allem mit einer Zuchtlinie gegen die totbringende Varroa-Milbe verbinden sich viele Hoffnungen. Wie aber funktioniert Bienenzucht im Labor?

Entnahme von Bienensperma bei Drohne
Einer Drohne wird im Labor Sperma abgenommen. Bildrechte: MDR/Maren Beddies

Es ist nicht so, dass Bienen Probleme mit der Fortpflanzung hätten. Eigentlich funktioniert der natürliche Weg sehr gut, erklärt Dr. Jakob Wegener, Projektwissenschaftler am Länderinstitut für Bienenkunde in Hohen Neuendorf: "Das ist so, dass es bestimmte Orte in der Natur gibt – man weiß bis heute nicht genau wodurch die ausgezeichnet sind – die eine Königin, sobald sie aus dem Stock fliegt, ansteuert. Genauso der Drohn, wenn er losfliegt zu einem Begattungsflug, dann steuert er immer diese Orte an. Und dort trifft sich halt die Jugend aus der ganzen Umgebung."

Fortpflanzung wild durcheinander

Die Fortpflanzung findet jedoch wild durcheinander statt: die Königin aus diesem Stock, der Drohn von einem anderen. Bestimmte Bienen-Rassen, die vielleicht selten geworden sind oder viel Ertrag bringen oder unempfindlicher auf Krankheiten reagieren, die erhält man so allerdings nicht. Denn alles geschieht unkontrolliert in der Luft – mit dramatischen Folgen für das Männchen.

Bienen-Königin und Drohne bei der Paarung auf einer Blume
Bienenkönigin und Drohne bei der Paarung. Kurz danach endet das Leben der männlichen Biene. Bildrechte: IMAGO

Der Drohn klammert sich erstmal an die Königin an, stülpt sein Begattungsorgan aus. Gleich nach der Kopulation stirbt der Drohn. Also, das Ausstülpen des Begattungsorgans führt zu einer inneren Verletzung, die ihn dann praktisch auf der Stelle lähmt, so dass er dann rückwärts von der Königin kippt und auf den Boden fällt. Das ist ein Einweg-Männchen sozusagen.

Dr. Jakob Wegener, Länderinstitut für Bienenkunde

Tausend Drohnen für eine Königin

Für die Königin ist das kein Problem. Rund tausend Drohnen stehen ihr zur Verfügung. Von maximal 20 lässt sie sich begatten. Forscher vermuten, dass die Vielfalt der Erbanlagen den Nachwuchs vitaler macht. Nach spätestens einer Stunde kehrt die Königin in den Stock zurück. Und das war’s dann auch.

Sie wissen ja vielleicht, dass eine Bienenkönigin nur einmal im Leben begattet wird. Die Königin hat in ihrem Hinterleib so eine kleine kugelige Blase, die nennt man Spermatheka. Darin speichert die Königin den Spermavorrat, der ihr normalerweise für drei Jahre genügen soll.

Dr. Jakob Wegener, Projektwissenschaftler am Länderinstitut für Bienenkunde

Gezielte Zucht schwierig

Fliegende Drohnen die auf eine Bienen-Königin für die Paarung warten
Rund 1.000 Drohnen bewerben sich um eine Bienenkönigin. Von etwa 20 lässt sie sich begatten. Bildrechte: IMAGO

Auf diesem natürlichen Weg ist gezielte Zucht nur schwer möglich. Es sei denn, man stellt bestimmte Drohnen auf Inseln im Meer, wo keine anderen Rassen hinfliegen. Der sichere Weg ist die Zucht im Labor, die aber lange Zeit nicht den gewünschten Erfolg brachte.

Die Sperma-Abnahme war dabei nie das Problem, denn, so Wegener: "Wenn der Drohn motiviert ist, sag ich mal, dann ist das sehr, sehr leicht, ihn zur Ejakulation zu bewegen. Man muss ihn nur ganz leicht zwischen zwei Fingern drücken und dann kommt es zur Ausstülpung des Geschlechtsorgans." Von diesem könne man dann das Sperma unterm Mikroskop mit einer feinen Kanüle einfach aufnehmen, wie der Wissenschaftler weiter erläutert.

Probleme beim Einfrieren

Die Tüftelarbeit begann allerdings mit dem Einfrieren des Spermas. Projektwissenschaftler Wegener erklärt die Schwierigkeiten mit der Kryo-Technik: "Wenn man es einfrieren möchte, dann ist die herkömmliche Methode, dass man es mit Gefrierschutzmitteln verrührt. Wir haben aber festgestellt, dass das Sperma nach dem Auftauen sehr aktiv ist, aber dann nicht mehr lange lebt. Und deshalb haben wir uns überlegt, wie wir diese Aktivierung verhindern können. Und das machen wir, indem wir das Gefrierschutzmittel nicht unterrühren sondern durch Dialyse ganz langsam in das Sperma einsickern lassen."

Neue Kryo-Methode

Auf diese Weise wird die Struktur der Samenflüssigkeit nicht zerstört. Und die Spermien bleiben auch nach der künstlichen Befruchtung im Körper der Königin lebendig. Für diesen Eingriff wird das gefrorene Sperma aufgetaut. Das geht recht fix. Zwanzig Sekunden in warmes Paraffin gelegt und schon ist es einsetzbar.

Laut Wegener zeigen sich bei den nach der neuen Methode eingefrorenem Drohnensperma unterm Mikroskop ganz dicke Bündel von Spermien. Dass es diese nach dem Einfrieren noch gebe, sei der große Unterschied zwischen der neuen Kryo-Methode seines Instituts und früheren Kryo-Methoden. "Und wir glauben, dass diese Bündel so lange noch lagerfähig bleiben, weil sich die Zellen gegenseitig stützen."

Durchbruch in der Bienenzucht

Die künstliche Befruchtung mit der neuen Kryo-Methode brachte schließlich den Durchbruch in der Bienenzucht. Das Team um Projektwissenschaftler Wegener konnte bereits entsprechende Erfolge vorzeigen. Nun möchte das Länderinstitut für Bienenkunde in Hohen Neuendorf gern eine öffentliche Kryo-Bank für Drohnensperma etablieren – nicht zuletzt, um die Artenvielfalt der Bienenrassen zu erhalten. Vom Bundeslandwirtschaftsministerium gibt es dafür bereits positive Signale.

Über dieses Thema berichtet MDR AKTUELL: im Radio | 18.06.2017 | 13:23 Uhr