Extrem niederfrequentes elektromagnetisches Feld beeinträchtigt die Entwicklung der Honigbiene (Apis cerana).

Mit der wirtschaftlichen Entwicklung haben die Erzeugung und Übertragung von elektrischer Energie und die Nutzung einer Vielzahl von Geräten im Haushalt und von Maschinen in Fabriken rasch zugenommen. Diese Aktivitäten erzeugen zusätzliche elektromagnetische Felder und führen so zu einer allgegenwärtigen elektromagnetischen Verschmutzung der Umwelt. Extrem niederfrequente elektromagnetische Felder (ELF-EMF, unter 300 Hz), die von Hochspannungsleitungen, Haushaltskabeln, Elektromotoren in Autos, elektrischen Zügen und Straßenbahnen sowie Schweißgeräten erzeugt werden, gehören zu den häufigsten starken elektromagnetischen Quellen. Der Bedarf an Bestäubung in der Landwirtschaft steigt weltweit kontinuierlich an. Die Population der Bestäuber, einschließlich der Honigbienen, nimmt jedoch ab, was eine ernsthafte Bedrohung für die landwirtschaftliche Produktion und die Lebensmittelsicherheit der Menschen darstellt. Die zunehmende ELF-EMF-Belastung in der Umgebung könnte die kognitiven Fähigkeiten und die Lernfähigkeit der Honigbienen beeinträchtigen, was eine Gefahr für die Honigbienenpopulation und ihre Bestäubungsleistung darstellt. In einem Honigbienenvolk hängt die Zahl der erwachsenen Bienen von der erfolgreichen Aufzucht von Larven und der kontinuierlichen Eklosion neuer Bienen ab. Es gibt jedoch bislang keine Studien über den Einfluss von ELF-EMFs auf Honigbienenlarven.
 

Die Versuchskolonien von Apis cerana wurden in der Versuchsimkerei des College of Animal Science (College of Bee Science) der Fujian Agriculture and Forestry University aufgezogen. Es wurden insgesamt sechs 24-Well-Platten mit jeweils vierundzwanzig 2 Tage alten Honigbienenlarven aufgestellt. Davon wurden 72 Larven als Kontrollgruppe verwendet. Die restlichen drei Platten mit 72 Larven wurden in den ELF-EMF-Generator (Spulensystem) eingesetzt und erhielten eine Exposition mit einer Feldstärke von 3 mT (50 Hz) für den Zeitraum vom Tag des Schlüpfens bis zum Ende der Verpuppung. Die Larven wurden für die Verpuppung in neue 24-Well-Platten umgesetzt und dann für das Puppenstadium im Inkubator gehalten. Sowohl die weißäugigen Puppen als auch die frisch geschlüpften Erwachsenen wurden gewogen, um die Auswirkungen von ELF-EMF auf das Gewicht der Honigbienen zu bestimmen.

Die Wissenschaftler untersuchten die Überlebensrate, das Körpergewicht und die Entwicklungsdauer der Larven des ersten Larvenstadiums. Darüber hinaus wurde das Transkriptom von Larven des fünften Stadiums sequenziert, um die Unterschiede in den exprimierten Genen zu analysieren. Das fünfte Larvenstadium ist das maximale Fressstadium der Larven. Es wurden jeweils drei Larven im fünften Stadium für die RNA-Extraktion und die anschließende Transkriptom-Sequenzierung und bioinformatische Analyse entnommen, um die Reaktion auf ELF-EMF auf der Ebene der Genexpression zu untersuchen. Die Expressionsniveaus jedes einzelnen Gens wurden mit der RPKM-Methode analysiert (Reads per Kilobase des Transkripts pro Million kartierter Lesungen). Um die Zuverlässigkeit der Transkriptom-Sequenzierungsdaten zu validieren, wurden die Expressionen von sechs Genen aus der „Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes“ (KEGG)-Anreicherung, die mit der Energieproduktion und der Nährstoffaufnahme und -verwertung in Zusammenhang stehen, mittels qRT-PCR quantifiziert.

Die Überlebenskurve der Honigbienenlarven wurde anhand der täglichen Anzahl toter Honigbienen erstellt. Das Ergebnis zeigte, dass 68% der Larven in der Kontrollgruppe ihre Entwicklung beenden konnten, während es in der EMF-Expositionsgruppe nur 22% waren. Die ELF-EMF-Exposition verringerte signifikant die Überlebensrate der Honigbienen-Larven und sowohl das Gewicht der Puppen mit weißem Auge als auch das der frisch geschlüpften Erwachsenen, erhöhte die Entwicklungsdauer und beeinträchtigte ernsthaft den Prozess der Metamorphose und Verpuppung. Die unterschiedlich exprimierten Gene (DEGs, „differentially expressed genes“) in den Honigbienenlarven der Kontrollgruppe und der EMF-Gruppe wurden analysiert. Unter 10.972 Unigenen zeigten insgesamt 422 Unigene unterschiedliche Ausprägungen, darunter 153 hochregulierte Unigene und 269 herunterregulierte Unigene in der EMF-Gruppe. Es wurden KEGG Anreicherungsanalysen durchgeführt, um die Wege der DEGs zu identifizieren. Insgesamt wurden zwölf Pfade identifiziert, von denen zehn Pfade herunterreguliert waren. Dabei handelte es sich um die Fettsäureelongation, die Biosynthese ungesättigter Fettsäuren, den Fettsäurestoffwechsel, den Tyrosinstoffwechsel, den Arzneimittelstoffwechsel, den Glutathionstoffwechsel, den Ascorbat- und Aldaratstoffwechsel, den Arachidonsäurestoffwechsel, das Phagosom und den Etherlipidstoffwechsel. Alle diese herunterregulierten Stoffwechselwege sind hauptsächlich am Stoffwechsel von Kohlenhydraten, Fettsäuren und Aminosäuren beteiligt, was mit dem Prozess der Energieproduktion und der Aufnahme und Verwertung von Nährstoffen zusammenhängt. Das Profil der herunterregulierten Expression in der qRT-PCR war identisch mit dem in der RNA-seq-Analyse gezeigten Expressionsmodus. Dies bestätigte die Genauigkeit der RNA-seq-Ergebnisse.

Die zunehmende ELF-EMF-Umweltverschmutzung bedroht das Überleben der Honigbienen. Gesunde Larven und die kontinuierliche Eklosion neuer erwachsener Bienen im Bienenvolk bestimmen grundlegend die Bestäubungsleistung. Daher sollte die Auswirkung von ELF-EMF auf Honigbienenlarven untersucht werden, da bestehende Infrastrukturen wie Stromleitungen schädliche Auswirkungen haben könnten. Die Ergebnisse dieser Studie zeigten, dass die ELF-EMF-Exposition die Überlebensrate und das Körpergewicht der Honigbienen verringerte, die Dauer ihrer Entwicklungszeit verlängerte und den Prozess der Metamorphose und Verpuppung ernsthaft störte. Die KEGG-Anreicherung zeigte, dass die Pfade der Synthese und des Metabolismus von Fettsäuren und des Metabolismus von Aminosäuren und Kohlenhydraten am stärksten angereichert waren. Die ELF-EMF-Exposition verringert den Nährstoff- und Energiestoffwechsel und beeinträchtigt den Prozess der Metamorphose und Verpuppung. (AT)