Technologie

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Biene
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Die Biene als einzigartiger Bio-SensorHoney bees as bioindicators

Bei unserem Ansatz, die Ursachen für den Verlust der biologischen Vielfalt zu ermitteln, nimmt die Honigbiene eine Schlüsselrolle ein. Die Bienenvölker leben mit ihrer umgebenden Pflanzenwelt in einer gegenseitigen Abhängigkeit. Ist die Natur um die Bienen herum nicht vielfältig genug, finden sie nicht das ganze Jahr über Futter und die Volksentwicklung wird negativ beeinträchtigt. Wenn die Umgebung zusätzlich mit Umweltgiften belastet ist, geht die Anzahl der Bienen zurück. So spiegelt sich der Zustand der Umgebung in den Honigbienen wider.

Auf andere Insekten wirkt sich eine toxische Umgebung und Futtermangel ebenso schädlich aus wie auf Bienen, doch die Auswirkungen lassen sich nicht so präzise beobachten. Die symbiotische Beziehung von Honigbiene und Natur, gepaart mit der guten Voraussetzung, sie in ihren Stöcken beobachten zu können, macht sie für uns zu einem einzigartigen natürlichen Sensor.

The honey bee plays a key role in our approach to determining the causes of biodiversity loss. The colonies live in a relationship of mutual dependence with the flora in their environment. Where the nature around them is not diverse, they do not find food all year round and the development of the population is negatively affected. If the environment is polluted with environmental toxins, the number of bees, and generally the number of insects, decreases. Thus, the condition of the environment is reflected in the honey bees.

Other insects are equally harmed by a toxic environment and lack of food, but the effects cannot be observed as easily. The symbiotic relationship of the honeybees with nature, coupled with the good conditions to observe them in their hives, makes them a unique natural sensor for us.

Biene

Bienen erkennen durch neuronale Netze

Während Wissenschaftler in der Vergangenheit ihr halbes Leben mit der Beobachtung einzelner Bienenstöcke verbracht haben, können wir mit Unterstützung von maschinellem Lernen die Beobachtung des Bienenverhaltens automatisieren. Nachdem der Algorithmus auf die Erkennung bestimmter Merkmale der Biene trainiert wurde, sind wir in der Lage diese an unterschiedlichen Standorten gleichzeitig und in Echtzeit zu erkennen.

Bee detection with neural networks

While researchers have spent half their lives observing individual hives in the past, we can automate the observation of behaviour with the help of machine learning. After the algorithm has been trained to recognize certain characteristics, we are able to recognize them at any number of locations simultaneously and in real time.

Biene

Bienenverlust bestimmen über Bewegungsprofile

Die Analyse der Bewegungspfade der Biene ermöglicht uns zu bestimmen, wie viele Bienen den Stock betreten und verlassen haben. Dadurch lässt sich die Aktivität eines Bienenvolkes bestimmen und die Entwicklung im Jahresverlauf nachvollziehen. Über die Differenz der ein- und ausfliegenden Bienen lässt sich der Anteil derer ermitteln, die nach einem Sammelflug nicht wieder zu ihrem Stock zurückgekehrt sind. Damit können Verluste oder Beeinträchtigungen beurteilt werden.

Determination of bee loss via motion patterns

The analysis of their motion paths allows us to determine how many bees have entered and left their hives. This allows us to determine the activity of the colony and how it develops over the course of the year. The proportion of bees that do not return to their hive after a foraging flight is calculated from the difference between the number of bees flying in and out. This allows the loss or impairment of the locomotor system to be assessed.

Bewegunsprofil

Vom Polleneintrag auf Nahrungsengpässe schließen

Unser multimodales Netz erkennt auf Basis der körperlichen Merkmale der Bienen, ob sie bei der Rückkehr von Sammelflügen Blütenpollen mit in den Stock tragen. Pollen werden als Futter für die Brut und die Jungbienen gesammelt. Die Pollenmenge ist ein Indikator für die Nahrungsverfügbarkeit bestäubender Insekten in der Umgebung. Wird über einen längeren Zeitraum wenig Pollen eingetragen, so deutet dies auf eine Trachtlücke hin, also einen temporären Engpass von Futterpflanzen. Unter den Bestäubern gehören Honigbienen zu den sogenannten Generalisten, da sie sich von den Pollen verschiedenster Pflanzen ernähren können. Wenn wir einen Futtermangel für Honigbienen feststellen, wäre die Situation für spezialisiertere Bestäuber wie Wildbienen noch kritischer.

Inference of food shortages from pollen entries

Our multimodal network recognizes whether bees carry flower pollen into the hive when they return from collecting flights based on their physical characteristics. Pollen is collected as food for the brood and young bees. The amount of pollen collected is an indicator of the food availability of pollinating insects in the environment. If little pollen is introduced over a longer period, this indicates a temporary bottleneck of forage plants. Honey bees are so-called generalists among pollinators, as they can feed on the pollen of many different plants. If we detect a shortage for honeybees, the situation would be even more critical for more specialized pollinators such as wild bees.

Multinet

Diversität des Lebensraums bewerten

Derzeit laufen erste Versuche zur farblichen Erkennung der eingetragenen Blütenpollen. Honigbienen sind blütenstet, d.h. sie fliegen bei jedem Sammelflug nur eine Art von Pflanze an. Folglich sind die in den Stock getragenen Pollen rein. Durch die Kombination von Aufnahmen im UV-, Infrarot- und Weißlicht-Spektrum können wir die Pollen anhand ihrer Farbe unterscheiden. Durch die Erkennung der Farbenvielfalt kann die Diversität des Futterangebots und damit die Vielfalt der Pflanzenwelt im Umfeld der Bienenvölker gemessen werden. Außerdem wird erkennbar, welche Pflanzen bestäubt wurden und wann die verschiedenen Blütezeiten beginnen und enden.

Assessing habitat diversity

At present, the first attempts are being made to record the colors of the registered flower pollen. Honey bees are flower constant, i.e. they fly to only one kind of plant each time they collect. Consequently, the pollen carried into the hive is pure. Through a combination of UV, infrared and white light we can distinguish the pollen by color. The recognition of the color diversity makes it possible to measure the variety of the available food and thus the diversity of the vegetation around the bee colonies. It also shows which plants have been pollinated and when the different flowering periods begin and end.

Pollenfarben
Banner-Foto: Thomas Müller Fotografie
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