Mainz, Germany
June 24, 2016
One possible cause of the alarming bee mortality we are witnessing is the use of the very active systemic insecticides called neonicotinoids. A previously unknown and harmful effect of neonicotinoids has been identified by researchers at the Mainz University Medical Center and Goethe University Frankfurt. They discovered that neonicotinoids in low and field-relevant concentrations reduce the concentration of acetylcholine in the royal jelly/larval food secreted by nurse bees. This signaling molecule is relevant for the development of the honeybee larvae. At higher doses, neonicotinoids also damage the so-called microchannels of the royal jelly gland in which acetylcholine is produced. The results of this research have been recently published in the eminent scientific journal PloS ONE.
"As early as 2013, the European Food Safety Authority published a report concluding that the neonicotinoid class of insecticides represented a risk to bees," said Professor Ignatz Wessler of the Institute of Pathology at the University Medical Center of Johannes Gutenberg University Mainz (JGU). "The undesirable effect of neonicotinoids now discovered is a further indication that these insecticides represent a clear hazard to bee populations and this is a factor that needs to be taken into account in the forthcoming reassessment of the environmental risks of this substance class." Working in collaboration with Professor Bernd Grünewald of the Bee Research Institute at Goethe University Frankfurt, Professor Ignatz Wessler and his team uncovered this previously unknown damaging effect of neonicotinoids that impairs the development of honeybee larvae.
Wessler and Grünewald were able to directly demonstrate that neonicotinoids reduce the acetylcholine content of the larval food produced by nurse bees. Acetylcholine is a signaling molecule produced in the microchannels of the royal jelly gland of nurse bees. Comparable to neonicotinoids, it stimulates the nicotinic acetylcholine receptors that are also present in this gland.
"In lab tests we artificially removed acetylcholine from the larval food and the result was that bee larvae fed with this died earlier than bee larvae that received food containing acetylcholine," explained Wessler. In order to examine the effect of neonicotinoids on the acetylcholine content in the jelly in more detail, bee colonies were exposed to various concentrations of neonicotinoids in flight tunnels (clothianidin: 1, 10 and 100 µg/kg glucose solution; thiacloprid 200 and 8800 µg/kg). "This exposure led to a reduction in the acetylcholine content of the jelly. Thus we were able to demonstrate that the field-relevant dose of the neonicotinoid agent thiacloprid (200 µg/kg) significantly reduces acetylcholine content by 50 percent. On exposure to higher doses, we were even able to verify that acetylcholine content can be reduced by 75 percent. Exposure of the bees with the higher doses results in serious damage to the microchannels and secretory cells of the jelly gland," emphasized Professor Ignatz Wessler. "Our research results thus confirm that the neonicotinoids can jeopardize the normal development of honeybee larvae."
The EU came to a similar conclusion back in December 2013 and imposed temporary restrictions on the use of three neonicotinoids, i.e., clothianidin, imidacloprid, and thiamethoxam. It had already been reported in several scientific publications that high but not lethal doses of various neonicotinoids could be associated with the falls in the populations of wild bees, bumblebees, and queen bees. Also reported were abnormalities in breeding activity and impaired flight orientation in the case of honeybees. However, at the time there were critics of these reports who pointed out that, among other things, the researchers had used high, non-field-relevant doses of neonicotinoids and had carried out their experiments under artificial laboratory conditions. Moreover, the proponents of the use of neonicotinoids cited other possible causes of bee mortality, for example, the proliferation of the varroa mite and other pathogens.
Publication:
Wessler, I., Gärtner H.-A., Michel-Schmidt R., Brochhausen C., Schmitz L., Anspach L., Grünewald B., Kirkpatrick C.-J., Honeybees Produce Millimolar Concentrations of Non-neuronal Acetylcholine for Breeding: Possible Adverse Effects of Neonicotinoids. PLOSONE,
DOI: 10.1371/journal.pone.0156886
http://journals.plos.org/plosone/article?id=10.1371/journal.pone.0156886
Neonikotinoide als Pflanzenschutzmittel schaden Honigbienen - Neu entdeckter Mechanismus steht im Zusammenhang mit weltweitem Bienensterben
Als ein möglicher Auslöser des Bienensterbens stehen Neonikotinoide (hochwirksame Insektizide) in Verdacht. Einen bisher nicht bekannten, schädigenden Mechanismus von Neonikotinoiden haben jetzt Wissenschaftler der Universitätsmedizin Mainz und der Goethe-Universität Frankfurt am Main entschlüsselt. Sie fanden heraus, dass Neonikotinoide in niedrigen, feldrelevanten Konzentrationen den im Futtersaft von Ammenbienen enthaltenen Acetylcholingehalt vermindern. Dieses Signalmolekül ist jedoch für die Larvenaufzucht von Honigbienen wichtig. Höhere Dosen der Neonikotinoide schädigen sogenannte Mikrokanäle in der Futtersaftdrüse, in denen Acetylcholin gebildet wird. Die Ergebnisse sind in der renommierten Fachzeitschrift PloS ONE veröffentlicht.
"Bereits im Jahr 2013 kam die EU-Behörde für Lebensmittelsicherheit in einem von ihr veröffentlichten Bericht zu dem Schluss, dass Pflanzenschutzmittel aus der Klasse der Neonikotinoide ein Risiko für Bienen darstellen", so Prof. Dr. Ignatz Wessler vom Institut für Pathologie an der Universitätsmedizin der Johannes Gutenberg-Universität Mainz (JGU). "Die jetzt nachgewiesene unerwünschte Wirkung von Neonikotinoiden ist ein neuer Beleg für den schädigenden Einfluss von Neonikotinoiden auf Bienenvölker und muss bei der anstehenden Neubewertung dieser Substanzklasse bedacht werden." Gemeinsam mit Prof. Dr. Bernd Grünewald vom Institut für Bienenkunde an der Goethe-Universität hatten Prof. Dr. Ignatz Wessler und seine Arbeitsgruppe den bislang unbekannten, schädigenden Mechanismus von Neonikotinoiden nachgewiesen. Dieser Mechanismus von Neonikotinoiden beeinträchtigt die Larvenaufzucht von Honigbienen.
Konkret konnten Wessler und Grünewald zeigen, dass Neonikotinoide den im Futtersaft von Ammenbienen enthaltenen Acetylcholingehalt reduzieren. Bei Acetylcholin handelt es sich um ein Signalmolekül, das vergleichbar zu den Neonikotinoiden den Nikotinrezeptor stimuliert, der bei Bienen auch in der Futtersaftdrüse vorhanden ist. Acetylcholin wird von den Ammenbienen in Mikrokanälen der Futtersaftdrüse gebildet.
"In Laborversuchen haben wir Acetylcholin künstlich aus dem Futtersaft entfernt und machten die Entdeckung, dass die Bienenlarven früher sterben als in Anwesenheit von Acetylcholin", erklärt Wessler. Um die Wirkung von Neonikotinoiden auf den Acetylcholingehalt im Futtersaft genauer zu untersuchen, wurden Bienenvölker in Flugzelten verschiedenen Konzentrationen von Neonikotinoiden ausgesetzt (Clothianidin 1, 10 und 100 µg/kg Zuckerlösung; Thiacloprid 200 und 8800 µg/kg). "Diese Exposition führte zu einer deutlichen Reduktion des Acetylcholingehalts im Futtersaft. So konnten wir feststellen, dass die feldrelevante Dosis des Neonikotinoidwirkstoffs Thiacloprid (200 µg/kg) den Acetylcholingehalt halbiert. Höhere Dosen verminderten den Acetylcholingehalt sogar nachweislich um 75 Prozent und zogen ausgeprägte Schäden an den Mikrokanälen und sekretorischen Zellen der Futtersaftdrüse nach sich", unterstreicht Prof. Dr. Ignatz Wessler und kommt zu dem Schluss: "Unsere Forschungsergebnisse bestätigen das von Neonikotinoiden ausgehende Risiko für die Brutentwicklung von Honigbienen."
Die EU war bereits im Dezember 2013 zu einer ähnlichen Einschätzung gekommen und hatte den Einsatz von drei Neonikotinoiden – Clothianidin, Imidacloprid, Thiamethoxam – vorübergehend eingeschränkt. Zuvor hatten mehrere wissenschaftliche Publikationen gezeigt, dass hohe, aber noch nicht tödlich wirkende Dosen von verschiedenen Neonikotinoiden den Bestand von Wildbienen, Hummeln und Königinnen reduzieren können. Auch wurde über Störungen in der Brutaktivität und Flugorientierung von Honigbienen berichtet. Ein Teil dieser publizierten Ergebnisse wurde jedoch kritisiert – unter anderem wegen zu hoher, nicht feldrelevanter Dosen der eingesetzten Neonikotinoide und artifizieller Laborbedingungen. Ferner wiesen die Befürworter des Einsatzes von Neonikotinoiden auf andere Ursachen des Bienensterbens hin – zum Beispiel die Ausbreitung der Varroamilbe und anderer Pathogene.
Publikation:
Wessler, I., Gärtner H.-A., Michel-Schmidt R., Brochhausen C., Schmitz L., Anspach L., Grünewald B., Kirkpatrick C.-J., Honeybees Produce Millimolar Concentrations of Non-neuronal Acetylcholine for Breeding: Possible Adverse Effects of Neonicotinoids. PLOSONE,
DOI: 10.1371/journal. pone.0156886
http://journals.plos.org/plosone/article?id=10.1371/journal.pone.0156886
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