Advertisement

Apidologie

, Volume 40, Issue 5, pp 577–584 | Cite as

A new device for continuous temperature measurement in brood cells of honeybees (Apis mellifera)

  • Matthias A. BecherEmail author
  • Robin F. A. Moritz
Original Article

Abstract

Nest temperature in honeybees is a crucial factor for brood development since it influences the task specialization of adult workers. Accurate and reliable data on temperature distributions are hence of major interest to understand colony function. We present a new device for temperature measurements in brood cells of honeybee combs. The instrument allows for a continuous temperature recording at the bottom of 768 brood cells. In contrast to previous techniques, we can record the complete temperature history of individual developing larvae under natural conditions in the hive. The device consists of a dense grid of thermistors connected to a computer for the recording and display of the temperature data. Software is provided to graphically display the temperature profile across the comb in false colors.

honeybee brood comb temperature measurement 

Nouveau dispositif pour mesurer en continu la température dans les cellules de couvain de l’Abeille domestique (Apis mellifera)

Apis mellifera couvain température mesure 

Eine neuartige Methode der kontinuierlichen Temperaturmessung in den Brutzellen von Honigbienen (Apis mellifera)

Zusammenfassung

Die Nesttemperatur ist bei Honigbienen ein entscheidender Faktor für die Entwicklung der Brut. Sie schwankt zwischen 32 °C und 36 °C bei einem Mittel von etwa 34,5 °C. Die Arbeiterinnen regulieren die Temperatur im Stock, indem sie durch Aktivierung ihrer Flugmuskulatur Wärme erzeugen oder durch Fächeln und Verdunstung von Wasser das Brutnest kühlen. Obwohl die Abweichungen von der mittleren Brutnesttemperatur gering sind, beeinflusst die Entwicklungstemperatur zahlreiche Eigenschaften der späteren adulten Tiere, darunter ihre Fähigkeiten zu lernen, ihre Entwicklungsge-schwindigkeit von Innendienst- zu Außendiensttätigkeiten sowie ihr Tanzverhalten. Um die Organisation der Kolonie und die Arbeitsteilung zwischen den Individuen besser zu verstehen, ist es daher von großem Interesse, die räumliche und zeitliche Temperaturverteilung im Brutnest aufnehmen zu können.

Wir stellen hier ein neues Gerät zur Temperaturmessung in den Brutzellen von Bienenwaben vor. 256 Temperatursensoren wurden auf einem 15 × 15 cm großen Raster angeordnet und liefern fortlaufend Temperaturwerte für 768 Zellen einer Testwabe (Abb. 1A). Die Messfühler ragen durch die Frontscheibe der Plexiglasbox, welche die Leiterplatte enthält (Abb. 1B) und berühren die Mittelwand der sich davor befindenden Testwabe. Das Ansteuern der Sensoren und die Temperaturdatenerfassung erfolgt über einen Personal Computer. Die aufgenommenen Temperaturen werden durch eine Software grafisch dargestellt, die auch wichtige Kenngrößen wie Durchschnittstemperaturen mit Standardabweichung über die Zeit, minimale und maximale Temperaturen und die Anzahl der Zellen in einem vorgegebenen Temperaturbereich ermittelt (Abb. 3A).

In einem empirischen Test des Gerätes haben wir im Bienenstock individuelle Temperaturprofile der sich entwickelnden Brut aufgenommen. Wir konnten höhere und konstantere Temperaturen im Zentrum des Brutnestes als in dessen Randbereichen feststellen (Abb. 4). Die auf der Rückseite der Wabe gemessenen Temperaturen waren dabei im Mittel um 1,4 °C niedriger als die Temperaturen der Vorderseite, in der sich die Brut entwickelte. Das hier vorgestellte Gerät ermöglicht es zum ersten Mal unter fast natürlichen Umständen innerhalb des Stockes, komplette Aufnahmen der Entwicklungs-temperaturen vom Eistadium bis zum Schlupf auf der Ebene von Individuen durchzuführen.

Honigbiene Brutwabe Temperaturmessung 

Preview

Unable to display preview. Download preview PDF.

Unable to display preview. Download preview PDF.

References

  1. Andrews E.A. (1929) Populations of Ant Mounds, Q. Rev. Biol. 4, 248–257.CrossRefGoogle Scholar
  2. Becher M.A., Scharpenberg H., Moritz R.F.A. (2009) Pupal developmental temperature and behavioral specialization of honeybee workers (Apis mellifera L.), J. Comp. Physiol. A, DOI:10.1007/s00359-009-0442-7.Google Scholar
  3. Büns M., Ratte H.T. (1991) The combined effects of temperature and food consumption on body weight, egg production and developmental time in Chaoborus crystallinus De Geer (Diptera: Chaoboridae), Oecologia 88, 470–476.Google Scholar
  4. Cameron S.A. (1985) Brood care by male bumble bees, Proc. Natl Acad. Sci. USA 82, 6371–6373.PubMedCrossRefGoogle Scholar
  5. Dunham W.E. (1931) Hive temperatures for each hour of a day, Ohio J. Sci. 31, 181–188.Google Scholar
  6. Esch H., Goller F., Heinrich B. (1991) How do bees shiver? Naturwissenschaften 78, 325–328.CrossRefGoogle Scholar
  7. Fahrenholz L., Lamprecht I., Schricker B. (1989) Thermal investigations of a honey bee colony, thermoregulation of the hive during summer and winter and heat production of members of different bee castes, J. Comp. Physiol. B 159, 551–560.CrossRefGoogle Scholar
  8. Groh C., Tautz J., Rössler W. (2004) Synaptic organization in the adult honey bee brain is influenced by brood-temperature control during pupal development, Proc. Natl Acad. Sci. USA 101, 4268–4273.PubMedCrossRefGoogle Scholar
  9. Harrison J.M. (1987) Roles of individual honeybee workers and drones in colonial thermogenesis, J. Exp. Biol. 129, 53–61.PubMedGoogle Scholar
  10. Heinrich B. (1993) The Hot-Blooded Insects, Harvard University Press, Mass, p. 606.Google Scholar
  11. Himmer A. (1927) Ein Beitrag zur Kenntnis des Wärmehaushaltes im Nestbau sozialer Hautflügler, Z. Vgl. Physiol. 5, 375–389.Google Scholar
  12. Hess W.R. (1926) Die Temperaturregulierung im Bienenvolk, Z. Vgl. Physiol. 4, 465–487.CrossRefGoogle Scholar
  13. Howe R.W. (1967) Temperature Effects on Embryonic Development in Insects, Annu. Rev. Entomol. 12, 15–42.PubMedCrossRefGoogle Scholar
  14. Hozumi S., Yamane S., Miyano S., Mateus S., Zucchi R. (2005) Diel changes of temperature in the nests of two Polybia species, P. paulista and P. occidentalis (Hymenoptera, Vespidae) in the subtropical climate, J. Ethol. 23, 153–159.CrossRefGoogle Scholar
  15. Kastberger G., Stachl R. (2003) Infrared imaging technology and biological applications, Behav. Res. Methods, Instrum. Comput. 35, 429–439.Google Scholar
  16. Kleinhenz M., Bujok B., Fuchs S., Tautz J. (2003) Hot bees in empty broodnest cells: heating from within, J. Exp. Biol. 206, 4217–4231.PubMedCrossRefGoogle Scholar
  17. Kronenberg F., Heller H.C. (1982) Colonial thermoregulation in honey bees (Apis mellifera), J. Comp. Physiol. B 148, 65–76.CrossRefGoogle Scholar
  18. Lindauer M. (1954) Temperaturregulierung und Wasserhaushalt im Bienenstaat, J. Comp. Physiol. A 36, 391–432.Google Scholar
  19. Newport G. (1837) On the Temperature of Insects, and Its Connexion with the Functions of Respiration and Circulation in This Class of Invertebrated Animals, Philos. T. Roy. Soc. B 127, 259–338.CrossRefGoogle Scholar
  20. Nylin S., Gotthard K. (1998) Plasticity in Life-History Traits, Annu. Rev. Entomol. 43, 63–83.PubMedCrossRefGoogle Scholar
  21. Omholt S.W., Amdam G.V. (2004) Epigenetic Regulation of Aging in Honeybee Workers, Sci. Aging Knowl. Environ. 26, pe28.CrossRefGoogle Scholar
  22. Petz M., Stabentheiner A., Crailsheim C. (2004) Respiration of individual honeybee larvae in relation to age and ambient temperature, J. Comp. Physiol. B 174, 511–518.PubMedGoogle Scholar
  23. Rosenkranz P., Engels W. (1994) Genetic and environmental influences on the duration of preimaginal worker development in eastern (Apis cerana) and western (Apis mellifera) honey bees in relation to Varroatosis, Rev. Bras. Genet. 17, 383–391.Google Scholar
  24. Scherba G. (1962) Mound Temperatures of the Ant Formica Ulkei Emery, Am. Midl. Naturalist 67, 373–385.CrossRefGoogle Scholar
  25. Sibly R.M., Atkinson D. (1994) How rearing temperature affects optimal adult size in ectotherms, Funct. Ecol. 8, 486–493.CrossRefGoogle Scholar
  26. Southwick E.E. (1983) The honey bee cluster as a homeothermic superorganism, Comp. Biochem. Physiol. A 75, 641–645.CrossRefGoogle Scholar
  27. Southwick E.E., Heldmaier G. (1987) Temperature control in honey-bee colonies, Bioscience 37, 395–399.CrossRefGoogle Scholar
  28. Stabentheiner A., Schmaranzer S. (1987) Thermographic determination of body temperatures in honey bees and hornets: calibration and applications, Thermology 2, 563–572.Google Scholar
  29. Steiner A. (1929) Temperaturuntersuchungen in Ameisennestern mit Erdkuppeln, im Nest von Formica exsecta Nyl. und in Nestern unter Steinen, Z. Vgl. Physiol. 9, 1–66.Google Scholar
  30. Tautz J., Maier S., Groh C., Rössler W., Brockmann A. (2003) Behavioral performance in adult honey bees is influenced by the temperature experienced during their pupal development, Proc. Natl Acad. Sci. USA 100, 7343–7347.PubMedCrossRefGoogle Scholar

Copyright information

© Springer S+B Media B.V. 2009

Authors and Affiliations

  1. 1.Institut für BiologieMartin Luther Universität Halle/WittenbergGermany

Personalised recommendations