AB EB_3
Thema: Neonicotinoide – ein Problem für Bienen, Hummeln und andere Insekten?

Quelle: wikipedia

Abb. AB EB_3-1 Biene

Mit leisem Summen fliegt eine Biene in die Blüte, um dort Nektar und Blütenpollen aufzunehmen. Beides muss sie zurück zum Bienenstock bringen. Immer häufiger sind Bienen zu beobachten, die leider nicht mehr zum Stock zurückfinden.

Auch Hummeln zeigen in bestimmten Gebieten teilweise ein verändertes Verhalten.
Ihr durch Brustmuskelbewegungen erzeugtes tiefes Brummen und die damit ausgelöste Vibration schüttelt gewissermaßen die Blütenpollen auf dieses dichtbehaarte Insekt. Aber dieses tiefe Brummen klingt immer häufiger schwächer als sonst.

Die Ursachen können Insektizide sein.

Quelle: wikipedia

Abb. AB EB_3-2 Hummel

Bei Klick: Links zu allgemeinen Infos über Bienen und Hummeln

Bienen:
http://www.bee-careful.com/de/bienenleben/honigbiene/ (Zugriff: 2018-11-14)
https://www.nabu.de/tiere-und-pflanzen/insekten-und-spinnen/hautfluegler/bienen.html (Zugriff: 2018-11-14)
https://www.bmel.de/DE/Tier/Nutztierhaltung/Bienen/_texte/BienenImkerei.html (Zugriff: 2018-11-14)
https://de.wikipedia.org/wiki/Bienen (Zugriff: 2018-11-14)
Hummeln:
https://www.das-hummelhaus.de/alles-rund-um-hummeln (Zugriff: 2018-11-14)
https://www.br.de/themen/wissen/hummel.html (Zugriff: 2018-11-14)
https://www.nabu.de/tiere-und-pflanzen/insekten-und-spinnen/hautfluegler/hummeln.html (Zugriff: 2018-11-14)
https://de.wikipedia.org/wiki/Hummeln (Zugriff: 2018-11-14)


Exkurs:  Was ist ein Insektizid?

Insektizide (-zide lat.: caedere „töten, erlegen“)

Insektizide sind Chemikalien, die vom Menschen in der Land- und Forstwirtschaft, zum Vorrats- und Materialschutz und aus gesundheitlichen Gründen eingesetzt werden. Sie sollen bestimmte Insekten töten, vertreiben oder deren Entwicklung hemmen. Sie sind Gifte (siehe hier).
Synonym sind die Begriffe „Insektenvernichtungsmittel“, „-vertilgunsmittel“ oder  – aus land- und forstwirtschaftlicher Sichtweise – „Pflanzenschutzmittel“.
Bei längerem Einsatz eines Insektizids wirkt dieses nach einiger Zeit oft nicht mehr*. Es müssen also immer neue Insektizide entwickelt bzw. Mischungen verschiedener Insektizide eingesetzt werden, um die gewünschte Wirkung zu erzielen.
Insektizide gelangen als Atem-, Fraß-, oder Kontaktgift in den Insektenkörper.
Sie beeinflussen häufig Vorgänge im Nervensystem. Langsam abbaubare Insektizide können sich in der Nahrungskette anreichern.

NeonicotinoideQuelle: pixabay

Abb. EB_3-3 Möglichkeiten der Insektizidaufnahme

Damit besteht die Möglichkeit, dass sie auch für Menschen gefährlich werden. Schnell abbaubare Insektizide haben oft eine stärkere Giftigkeit. Ausgebrachte Insektizide befinden sich entweder auf den Pflanzenteilen oder im ganzen** Pflanzenkörper. Es gibt einige Insektizide, die selektiv „nur“ ganz bestimmte Insektenarten töten, inwieweit sie jedoch andere Insekten schädigen, spielt für ihre Zulassung keine Rolle.
Die Grundsubstanzen der Insektizide können natürlicher oder synthetischer Herkunft sein. Einige dieser Substanzen sind zugleich Ausgangsstoff für die Herstellung chemischer Kampfstoffe.
*Resistenzbildung (lat.: resitere„sich widersetzen“)
**Insektizide,  die in jedes Organ der Pflanze transportiert werden und sich damit letztlich in jeder Zelle des Pflanzenkörpers befinden, werden „systemische Insektizide“ genannt. Nichtsaugende, -beißende oder -bohrende Insekten sind dadurch weniger gefährdet.

 


 

 

In diesem Arbeitsmaterial geht es um eine spezielle Gruppe von Insektiziden, den Neonicotinoiden – kurz Neonics.
Wie schon der Name zeigt, sind alle zu den Neonicotinoiden gehörenden Produkte chemisch der gleichen Stoffklasse zuzuordnen wie Nicotin.
Neonics sind die weltweit am meisten eingesetzten Insektizide. Sie sollen dazu beitragen, einen Ernteverlust von weltweit mehreren Millionen Tonnen zu vermeiden. Vor allem Mais-, Rüben-, Raps-, Weizen-, Baumwoll- und Sojapflanzen sollen durch den Einsatz dieser Stoffe vor bestimmten saugenden, bohrenden und beißenden Insekten (siehe z.B. Abb. AB EB_3-4 bis 3-6) geschützt werden. Diese schädigen die Pflanzen und können außerdem Krankheitserreger – vor allem Viren – übertragen. Letztendlich kommt es durch die Aktivitäten dieser Insekten zur Verringerung des Ernteertrages. Neonics werden entweder als Saatgutbeizmittel (Abb. AB EB_3-7) verwendet oder auf die Pflanzen versprüht (Abb. AB EB_3-8). In beiden Fällen verhalten sich diese Insektizide „systemisch“, d.h. mit der Keimung und dem sich anschließenden Wachstum verteilen sich diese Stoffe in der ganzen Pflanze oder die Verbreitung in der ganzen Pflanze erfolgt durch die Aufnahme über die Wurzeln. Wenn dann bestimmte Insekten Blätter bzw. Stängel anbeißen oder Nektar und Pollen in der Blüte aufnehmen, verteilen sich die Neonics auch in deren Körpern. Je nach aufgenommener Dosis sterben die betroffenen Insekten oder sie werden zumindest geschädigt. Neonics sind wasserlöslich. Das bedeutet u.a., dass sie vom gebeizten Saatgut zum Teil abgewaschen werden bzw. nach dem Spritzen oder Sprühen zumindest teilweise in die Umgebung, z.B. den Boden gelangen können. Damit kommen auch Bodenlebewesen mit diesen Stoffen in Kontakt. Schließlich gelangen auch geringe Mengen der Neonics durch Ausschwemmung in Gewässer. Untersuchungen, die exakte Schlüsse auf damit verbundene Folgen zulassen, liegen kaum vor. Die Halbwertszeit* der verschiedenen Neonics ist sehr unterschiedlich. Sie beträgt je nach Produkt wenige Tage bis über zwei Jahre.
Inwieweit die entstehenden Abbauprodukte für Organismen schädlich sind, ist nicht untersucht.*Die Halbwertszeit ist die Zeit, in welcher die Hälfte der ursprünglich ausgebrachten Menge abgebaut ist.
Quelle: wikimedia

Abb. AB EB_3-4 Fransenflügler

Quelle: wikimedia

Abb. AB EB_3-5 Getreideläuse

Quelle: wikimedia

Abb. AB EB_3-6 Kartoffelkäfer

  1. Informiere dich über die Lebensweise der in den Abb. AB EB_3-4 bis 3-6 aufgeführten Lebewesen. Einen Startpunkt findest du z.B. hier: https://www.lfl.bayern.de/ips/index.php (Zugriff: 2018-11-03)
  1. Erläutere deren Bedeutung im Agrar-Ökosystem und die Art und Weise, wie sie (Kultur-)Pflanzen „schädigen“.
  1. Informiere dich im Internet über den Begriff „Saatgutbeizung“ (Abb. AB EB_3-7).
    1. Erläutere aus Sicht der Landwirtschaft, worin der Vorteil dieser Saatbehandlung gesehen wird.
    2. Formuliere Vermutungen, inwiefern Probleme für das Agrar-Ökosystem und angrenzende Flächen – auch unabhängig von der Insektenschädigung durch Fraß – durch das Ausbringen der behandelten Saat auftreten können.
    3. Recherchiere, was alternative Saatgutbeizung bedeutet und erläutere, worin der Vorteil dieser Maßnahme liegt.
  1. Formuliere Vermutungen, inwiefern das Versprühen (Abb. AB EB_3-8) das Ökosystem negativ beeinflussen kann.
  1. Problematisiere den Begriff „Schädling“, in dem du ihn unter folgenen Gesichtspunkten betrachtest: Kartoffelkäfer, Landwirt, Artenvielfalt, naturnahes Ökosystem.

Quelle: wikipedia

Abb. AB EB_3-7 Rübensaatgut / gebeizt u.ungebeizt

Quelle: wikimedia

Abb. AB EB_3-8 Sprühen v. Insektiziden

Lösungen zu Aufg. 3b und 4

zu 3b.
Das gebeizte Saatgut verliert schon beim Ausbringen durch wirkende mechanische Kräfte einen, wenn auch geringen, Anteil seiner Umhüllung aus Insektiziden. Außerdem gehen Anteile der Insektizide von dem Saatgut durch Regen und Feuchte in den Boden über und können dort wirksam werden. Durch Auswaschung können sie in das Grundwasser bzw. Gewässer gelangen. Über damit verbundene Folgen wird z.Zt. geforscht.
zu 4.
Zusätzlich zu den beiden unter 3b zuletzt genannten Sachverhalten können die Neonicotinoide beim Sprühen durch Luftbewegungen auf Flächen und damit auf Pflanzen und Tiere gelangen, die eigentlich gar nicht damit besprüht werden sollten.

Bei Klick: Links zu chemischen Grundlagen von Insektiziden u. Neonicotinoiden

http://www.chemgapedia.de/pflanzenschutz/insektizide/substanz.html (Zugriff: 2018-11-20)
http://www.chemie.de/lexikon/Insektizid.html (Zugriff: 2018-11-20)
https://www.spektrum.de/lexikon/chemie/insektizide/ (Zugriff: 2018-11-20)
https://de.wikipedia.org/wiki/Insektizid (Zugriff: 2018-11-20)
https://de.wikipedia.org/wiki/Neonicotinoide (Zugriff: 2018-11-20)
https://beecare.bayer.com/wissenswertes/pflanzenschutzmittel/neonikotinoide (Zugriff: 2018-11-20)


Was passiert im Körper der betroffenen Insekten nach dem Kontakt mit Neonics?

Die Neonics werden nach dem Kontakt über die Körperflüssigkeiten im ganzen Insekt verteilt. Der Wirkort im Körper sind die Synapsen. Die  Abbildung (Abb. AB EB_3-9) zeigt vereinfacht die Informationsübertragung von einer Synapse zur nächsten.

  1. Lies zunächst den Text unter der Abbildung zur Informationsübertragung an den Synapsen (AB EB_3-9). Er wird dir helfen, die Abbildung besser zu verstehen. Kläre Fragen mithilfe eines Buches oder des Internets.
    Hilfen zu dem dort aufgeführten Begriff „Substrat-Enzym-Komplex“ findest du im Exkurs „Enzyme-Teil1“.
  1. Beschreibe zunächst die Teilabbildung A unter Verwendung der Fachbegriffe. Bringe zur eigenen Kontrolle die Aussagen-Kästchen (rechts) in die richtige Reigenfolge.
Synapse Lösung:

Synapse

 

Synapse

Abb. AB EB_3-9 Informationsübertragung / Synapsen und Muskel
Acetylcholin (Teilabbildung A) und Neonicotinoide (Teilabbildung B)

Exkurs:
Informationsübertragung an den Synapsen und Muskeln (vereinfacht)
Informationen über Vorgänge in unserer Umwelt oder in unserem Körper werden mit Hilfe von Nervenzellen vor allem zum Gehirn geleitet, das selbst aus ca. 80 Milliarden Nervenzellen aufgebaut ist. Nach der Verarbeitung der Informationen werden entsprechende Befehle wieder über Nervenzellen an die Stellen geleitet, an denen eine Reaktion erfolgen soll.
Nervenzellen sind nicht beliebig lang, deshalb müssen einzelne Nervenzellen miteinander verbunden werden, d.h. es muss Kontaktstellen zwischen Nervenzellen geben. Allerdings sind sie an diesen Stellen nicht fest miteinander verknüpft. Sie stehen in Kontakt, ohne sich zu berühren. Zwischen ihnen befindet sich eine kleine Lücke, der sogenannte „synaptische Spalt“.
Innerhalb einer Nervenzelle wird die Information elektrisch geleitet. Diese Form der Informationsleitung funktioniert an den Kontaktstellen zweier Nervenzellen nicht. Die Übertragung der Information von einer Nervenzelle auf die nächste erfolgt deshalb in diesem Bereich auf chemischem Wege bzw. durch Diffusion.
Gleiches gilt für die Übertragung von Informationen von der Nervenzelle auf den Muskel bzw. die Muskelfasern. Grundlage der chemischen Informationsübertragung sind sogenannte Überträgerstoffe (= Neurotransmitter). Dabei handelt es sich z.B. um den Stoff Acetylcholin.
An der Stelle, an der sich zwei Nervenzellen fast berühren, gibt die vorgelagerte Nervenzelle (NZ1) den Neurotransmitter in den Raum zwischen den beiden Nervenzellen (= synaptischer Spalt) ab.
In der nachgelagerten Nervenzelle (NZ2) befinden sich in der Zellmembran viele Kanalporen, die geöffnet oder geschlossen werden können.
Der Neurotransmitter verbindet sich mit einer besonderen Stelle dieser Poren (= Rezeptor). Das hat zur Folge, dass sich die Kanalporen öffnen. Nun können bestimmte kleine gelöste Teilchen – in diesem Fall Natriumionen – in die Nervenzelle (NZ2) einströmen. Dieser Einstrom hat zur Folge, dass in der nachgelagerten Nervenzelle (NZ2) wieder die gleiche elektrische Information entsteht wie in der vorgelagerten Nervenzelle (NZ1).
Allerdings muss dieser Einstrom auch wieder gestoppt werden können, damit die Information korrekt bleibt, d.h. der Neurotransmitter muss wieder vom Rezeptor gelöst werden. Dieses bewirkt ein spezifisches Enzym (= Acetylcholinesterase). Es verbindet sich mit dem Neurotransmitter (siehe Substrat-Enzym-Komplex) und zerlegt dieses Molekül in zwei neue Spaltprodukte. Damit ist die Bindung an den Rezeptor beendet, die Pore geschlossen und der Einstrom der Natriumionen in das Innere der nachgelagerten Nervenzelle (NZ2) hört auf.
Es gibt Stoffe, die ebenfalls wie die „normalen“ Neurotransmitter wirken. Das heißt, sie können an dem genannten Rezeptor binden, passen jedoch nicht zu dem normalerweise spaltend wirkenden Enzym. Die Informationsübermittlung von einer Nervenzelle zur nächsten wird gestört. Da die Muskelaktivität ebenfalls von den Nerven – nach gleichem Prinzip – gesteuert wird, kann es bei „falschem“ Neurotransmitter zu Störungen der Muskelbewegungen kommen. 
  1. Beschreibe die Teilabbildung B und erkläre den entscheidenden Unterschied zur Teilabbildung A.
  2. Stelle Zusammenhänge zwischen den Vorgängen der Informationsübermittlung / -verarbeitung durch die Nervenzellen unter Einfluss der Neonics und den in der Einleitung dieses ABs geschilderten Erscheinungen her.
  3. Dass Insektizide auch als Gifte bei anderen Organismen wirken können, steht außer Frage. In Hinblick auf Neonicotinoide ist festzustellen, dass vor allem gleichwarme Organismen – Vögel und Säugetiere – nicht im gleichen Maße auf Neonicotinoide reagieren, wie Insekten.
    Formuliere eine Vermutung, warum das so sein könnte. Grundlage sind die in der Abbildung AB EB_3-9 dargestellten und erläuterten Vorgänge.
Lösung Aufg. 9 u. 10:

zu 9.
Folgen können in zweifacher Hinsicht in Zusammenhang mit der Informationsverfälschung auftreten:
– Es kann zu einer Muskelfehlsteuerung kommen. So vermutet man z.B. dass auch die Veränderungen der Brustmuskelbewegungen bei den Hummeln damit zu tun haben könnte.
– Es kann zu Störungen im „Gehirn“ der Insekten kommen und damit zu Fehlverhalten, z.B. bei der Orientierung im Raum. Dieses zeigten u.a. Versuche, die an der FU Berlin durchgeführt wurden (siehe auch Abb. AB EB_3-9).
zu 10.
Viele Bestandteile eines Organismus sind artspezifisch in ihrer molekularen Zusammensetzung, d.h. sie weichen von Art zu Art mehr oder weniger voneinander ab. Ob sie deshalb aber völlig unproblematisch für Vögel und Säugetiere sind, ist nicht geklärt.

Quelle: Prof. Dr. R. Menzel, FU Berlin / mit freundlicher Genehmigung f. dieses Projekt

Abb. AB EB_3-10
Versuche zur Beeinflussung der Orientierung von Bienen mithilfe von Transpondern

Bei Klick: Genauere Hinweise bzw. Erklärungen zum Aufbau und zur Funktion einer Synapse

http://www.u-helmich.de/bio/lexikon/S/synapse.html (2018-11-02)
https://www.mpg.de/synapse (2018-11-05)
http://www.chemgapedia.de/neurotransmission/neuro_synapse.vlu.html (2018-11-05)
https://www.dasgehirn.info/grundlagen/kommunikation-der-zellen/nervenzellen-im-gespraech (2018-11-06)
https://highered.mheducation.com/sites/9834092339/student_view0/chapter44/chemical_synapse.html (2018-11-09) oder
https://www.youtube.com/watch?v=vGS7guM1Gw0 (2018-11-09)


Politik und Neonicotinoide

Fünf Neonics waren bzw. sind als Wirkstoffe in der EU für die Verwendung in Pflanzenschutzmitteln zugelassen: Clothianidin, Imidacloprid, Thiamethoxam, Acetamiprid und Thiacloprid.
Schon 2013 schränkte die EU-Kommission den Einsatz dieser Insektizide im Freiland ein. Dagegen klagten die Hersteller. Im Jahr 2018 erfolgte nun durch die EU-Kommission das Verbot, drei dieser Neonicotinoide im Freiland einzusetzen: Clothianidin, Imidacloprid und Thiamethoxam. Sie werden als besonders gefährlich für Bienen und andere nützliche Insekten angesehen. Ihre Verwendung ist allerdings weiterhin in dauerhaft bestehenden Gewächshäusern und zur Behandlung von Saatgut, das zur Saat in Gewächshäusern vorgesehen ist, erlaubt.
Sicherlich sind diese Maßnahmen in Hinblick auf die Umwelt positiv zu werten. Dabei darf aber nicht übersehen werden, dass insgesamt mehr als 800 verschiedene „Pflanzenschutzmittel“, die fast 300 zugelassene Wirkstoffe enthalten, in Deutschland eingesetzt werden dürfen (Stand Dez. 2017).

Der folgende Link führt zu der sogenannten „Durchführungsverordnung der EU-Kommission 2018/784  vom 29. Mai 2018“ für das Neonicotinoid Clothianidin.
https://eur-lex.europa.eu/legal-content/DE/PDF  (2018-11-10)

Seit Kurzem wird über den Gebrauch der eigentlich verbotenen Neonicotinoide  in sogenannten „Notfallsituation“ diskutiert bzw. in einigen Fällen ist diese schon in Kraft getreten. Die Entscheidungen hinsichtlich dieser „Notfallsituation“ treffen die in den EU-Mitgliedsländern  jeweils zuständigen Behörden – in Deutschland das „Bundesamt für Verbraucherschutz„.

https://www.agrarheute.com/pflanze/zuckerrueben/notfallzulassungen-fuer-neonicotinoide-immer-mehr-ausnahmen-eu (Zugriff: 2018-12-15)
https://www.agrarheute.com/pflanze/raps/viren-raps-notfallzulassung-biscaya-erteilt (Zugriff: 2018-12-15)
https://m.tagesspiegel.de/wirtschaft/neonikotinoide-bienengifte-kehren-zurueck.html (Zugriff: 2018-12-15)

Zukünftig wird sich zunehmend die Frage stellen, welche synthetisch hergestellten „Pflanzenschutzmittel“ in welchen Mengen in der Land- und Forstwirtschaft eingesetzt werden dürfen. Dabei wird es weiterhin häufig zu einem Konflikt zwischen industriell ausgerichteter Landwirtschaft und Umwelt- bzw. Artenschutz kommen.

Inwieweit zur Problemlösung auch die mehr als 2.000 Pflanzenarten beitragen können, die natürliche Insektizide zum Selbstschutz „herstellen“, wird abzuwarten sein. Bereits jetzt sind sie ein Teil des „Biologischen / Ökologischen Pflanzenschutzes“.

Abschließend noch ein Hinweis zu dem sehr allgemein verwendeten Begriff „Bienen“.
Meistens sind damit ausschließlich die Bienen gemeint, die vom Imker in Bienenstöcken zur Honiggewinnung gehalten werden. Übersehen wird, dass fast alle Wildbienenarten – die den Menschen selten bekannt sind  – bedroht sind. Sie leben anstatt in Völkern häufig alleine (Solitärbienen).
Sie sind genauso wichtige Bestäuber, wie die Bienen der Imker.
Letztlich gilt das zuvor Gesagte auch noch für viele andere Insekten, die zur Bestäubung beitragen.

Abb. AB EB_3-11 gehörnte Mauerbiene (Solitärbiene)


Auch wenn sich bereits in diesem Arbeitsmaterial die Interessenkonflikte zwischen Landwirtschaft, Umweltschutz, Imker, etc. andeuten, lohnt es sich, dazu ein Planspiel zum Thema „Neonicotinoide“ durchzuführen.

Die Anleitung dazu findet man hier und die konkreten Materialien dort.

Viel Spaß dabei!


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