Ein niederfrequentes elektromagnetisches Feld hat einen Einfluss auf ausgewählte chemische Komponenten der Honigbiene.

Die Honigbiene (Apis mellifera) ist ein Insekt von großer Bedeutung für die Biosphäre und die Wirtschaft. Sie ist für die Bestäubung von 70 % der Ackerkulturen verantwortlich, was etwa 35 % der weltweiten Nahrungsmittelproduktion ausmacht. Der Gewinn, der durch die Bestäubung durch Honigbienen erzielt wird, liegt bei etwa 25–30% des gesamten Ernteertrags. Seit Jahrzehnten wird das Phänomen des Massensterbens von Bienen (Colony Collapse Disorder - CCD) beobachtet. Dieses Phänomen, das manchmal zum Aussterben von 80–100 % der Bienenvölker in einem bestimmten Gebiet führt, wird besonders in Europa und in Nordamerika beobachtet. Die Ätiologie ist bislang nicht vollständig geklärt, Forscher verweisen aber auf verschiedene Ursachen dieses Phänomens hin: Unterernährung der Bienen, Viruserkrankungen, Parasiten, Pestizide, allgemeine Schwächung des Bienenvolkes durch viele gleichzeitig wirkende Faktoren oder auch elektromagnetische Felder (EMF) verschiedener Herkunft. Niederfrequente EMF sind ein Faktor, der besonders für Bienen gefährlich ist, da sich Bienenstöcke in Kulturen oft in unmittelbarer Nähe von Hochspannungsmasten befinden Orte, die wegen ihrer schweren Erreichbarkeit durch landwirtschaftliche Fahrzeuge ansonsten ungenutzt bleiben. Das Ziel dieser Studie war es, die Wirkung eines niederfrequenten elektromagnetischen Feldes (ELF-EMF) auf ausgewählte chemische Komponenten der Honigbiene mittels Fourier-Transformations-Infrarot (FTIR)-Spektroskopie zu untersuchen. Die FTIR-Methode liefert Informationen über die chemische Struktur von Verbindungen durch die Identifikation und Analyse von funktionellen Gruppen. Daher wurde die FTIR-Methode gewählt, um die durch EMF verursachten biochemischen Veränderungen bei Bienen zu untersuchen.

400 Honigbienen wurden mit EMF bei einer Frequenz von 50 Hz und einer magnetischen Induktion von 1,6 mT für 2, 6, 12, 24 und 48 Stunden behandelt. Hierfür wurde ein Magneris EMFGenerator verwendet, mit flachen Helmholtzspulen. Lebendige Honigbienen wurden in Petrischalen auf die flachen Magnetspulen gestellt und nach der Exposition eingefroren. Für die Messung der FTIR-Spektren von Bienen wurde ein Vertex 70 Spektrometer mit der Technik der abgeschwächten Totalreflexion (ATR) und einem Diamantkristall verwendet. Die FTIRDaten wurden aufbereitet (unter anderem zweite Ableitung der Spektren), um die Sekundärstruktur der Proteine zu bestimmen. Die Hauptkomponentenanalyse (PCA) wurde verwendet, um Informationen über die Variation der Bienenspektren in Abhängigkeit von der EMF-Behandlungszeit zu erhalten. PCA ist eine nichtparametrische Methode zur Extraktion relevanter Informationen aus unübersichtlichen Datensätzen, die es ermöglicht, Muster in den Daten zu identifizieren und ihre Ähnlichkeiten und Unterschiede hervorzuheben.

Die Analyse der FTIR-Spektren zeigte, dass eine EMF-Exposition, die länger als 2 Stunden dauert, strukturelle Veränderungen der chemischen Verbindungen induziert, besonders im IR-Bereich, der den DNA-, RNA-, Phospholipid- und Proteinschwingungen entspricht, im Vergleich zur Kontrolle (Bienen ohne EMF-Behandlung). In den FTIR-Spektren wurden Peaks identifiziert, die den verschiedenen chemischen Verbindungen der Bienen zugeordnet wurden. Der IR-Bereich zwischen 1700–1600 cm-1 (Amid I-Bereich) entspricht der Schwingung der C=O-Gruppe, die an der Bildung von Wasserstoffbrückenbindungen beteiligt ist, insbesondere zwischen Peptidgruppen. Die Wasserstoffbrückenbindungen der C=O---H-N-Gruppe bilden β-Formen oder β-FaltblattStrukturen. Die zweite Ableitung der FTIR-Spektren von Bienen, die 2 Stunden oder 6 Stunden mit EMF behandelt wurden, zeigt im Vergleich zur Kontrollgruppe eine Verschiebung der Peaks, die den β-Formen entsprechen, in niedrigere Wellenzahlen (cm-1), also größere Wellenlängen. (In der Spektroskopie bezeichnet die Wellenzahl ν den Kehrwert der Wellenlänge λ.) Darüber hinaus wurde für eine EMF-Exposition, die 12, 24 oder 48 Stunden betrug, eine Verschiebung der von α-Helix-Strukturen stammenden Peaks in die höheren Wellenzahlen – kleineren Wellenlängen beobachtet; dies deutet auf Verkürzung oder Spaltung großer α-Helix-Strukturen in kleinere Strukturen hin. Des Weiteren war im Falle der EMF-Behandlung der Bienen während 48 Stunden eine Verschiebung der Peaks, die den β-Faltblattstrukturen entsprechen, sichtbar. Die Signifikanz dieser Unterschiede wurde mit Hilfe der PCA-Analyse untersucht. Dies zeigte, dass der EMF-Effekt, der durch eine 2-stündige Exposition verursacht wurde, sehr kleine Unterschiede in den chemischen Verbindungen verursachte, während die Unterschiede in den chemischen Zusammensetzungen im Vergleich zur Kontrollgruppe signifikant waren, wenn die Bienen für eine längere Zeit dem EMF ausgesetzt waren (hier ab 6 Stunden).

Die Ergebnisse bestätigen die Wirkung von EMF auf Bienen in Abhängigkeit von der Dauer der Exposition. Insbesondere konnte eine Verlagerung der Quantität (Abnahme oder Zunahme) verschiedener Makromoleküle – DNA, RNA, Phospholipide und Proteine – im Laufe der Zeit beobachtet werden, welche signifikant wurde ab 6 Stunden Einwirkdauer des niederfrequenten EMF. In geringerem Maße konnte eine Wirkung auf die sekundären Proteinstrukturen (α-Helix, β-Faltblatt und β-Form) gezeigt werden. (AT)