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Wasserentzug in der Honigblase - Aquaporine

Gefüllte Honigblase der Honigbiene
Gefüllte Honigblase der Honigbiene

Dem Nektar bzw. unreifem Honig wird in der Honigblase ein großer Teil des Wassers entzogen. Eine besondere Eigenschaft der Wand der Honigblase ermöglicht den Bienen diese effektive Methode des Wasserentzugs.

In den 1990er Jahren wurde spezialisierte Eiweiße (Proteine) entdeckt, die Wasser durch Zellmembranen leiten (passiver Membrantransport). Diese sogenannten Aquaporine bilden Kanäle in der Zellmembran. Die Kanäle oder Poren sind selektiv für Wasser-Moleküle. Das heißt, dass diese Wasserkanäle ausschließlich Wasser in und aus der Zelle herausfließen lassen. Aquaporine kommen in allen Lebewesen vor.

Zellmembranen sind eigentlich undurchlässig für Wasser. Die Aquaporine ermöglichen dagegen den Fluss von bis zu 3 Milliarden Wasser-Moleküle pro Sekunde. Diese Aquaporine wurden im Jahre 2014 auch in den Zellen der Honigblase der Honigbiene nachgewiesen. Ebenso wurde gezeigt, dass bereits während der Nektaraufnahme der Entzug des Wassers in der Honigblase beginnt.

Ablauf des Wasserentzugs mit Hilfe der Honigblase

  • Die Arbeiterinnen sammeln Nektar und nehmen ihn in die Honigblase auf. Aufgrund der Aquaporine in den Zellmembranen der Honigblase beginnt ein geregeltes Ausströmen von Wassermolekülen durch das dünne Gewebe der Honigblase in die Hämolymphe.
  • Antreibende Kraft für das Ausströmen ist der minimal höhere Druck in der Honigblase bedingt durch die Elastizität des Gewebes und die Kontraktion ihrer glatten Muskulatur.
  • Die ausströmenden Wassermoleküle verdünnen die Hämolymphe. Als Folge regeln die Maliphigischen Gefäße den osmotischen Wert nach und stellen die Homöostase ein. Die Maliphigischen Gefäße nehmen dazu Wasser aus der Hämolymphe in ihr inneres Lumen auf.
  • Die Maliphigischen Gefäße münden im Darm. Das Wasser verteilt sich im Darm und wird dort gespeichert. Von dort wird das Wasser später über das Rektum und die Kloake als feine Tropfen ausgeschieden.

Trachtflug - Nektar sammeln an einer Kirschpflaume
Trachtflug - Nektar sammeln an einer Kirschpflaume

Erste Phase - erste Stufe

Die erste Phase des Wasserentzug beginnt während der Aufnahme des Nektars und wird während des Fluges zum Bienenstock fortgesetzt. Es muss weniger überschüssiges Wasser transportiert werden. Die Bienen können bei gleichem Volumen der Honigblase bei einem Trachtflug mehr Blüten besuchen und mehr Zucker eingetragen.

Nur ein Teil des Wassers darf in dieser frühen Phase entzogen werden. Wasser wird gebraucht, damit die Enzyme wirken können. Die Enzyme sind Eiweiße, die um aktiv zu sein eine eigene Wasserhülle brauchen. Auch die Reaktion selbst, die Spaltung der Saccharose in Glukose und Fruktose, erfordert jeweils ein Wasser-Molekül.

Umtragen - Honig entnehmen.
Umtragen - Honig entnehmen.

Zweite Phase - zweite Stufe

Zweite Phase ist die Reifung des Honigs im Stock. Bei jedem Umtragen des Honigs wird über die Honigblase weiteres Wasser entzogen. Die Spaltung der Saccharose ist zu diesem Zeitpunkt abgeschlossen. Der Honig darf jetzt weiter konzentriert und damit konserviert werden.

Die Form des Wasserentzuges auf Basis physiologischer Mechanismen funktioniert auch bei hohen Wasserdampfparitialdrücken, wie sie im Bienenstock zu finden sind.

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Begriffe aus dem Glossar

Eiweiß
wissenschaftlich Protein

Eiweiße sind ein wesentlicher Teil unserer Körpersubstanz. Die Eiweiße sind lange, fädige Moleküle, so genannte Makromoleküle. Sie setzen sich aus Aminosäuren zusammen. Die Aufgaben der Eiweiße sind vielfältig. Sie dienen als Strukturbestandteile wie die Kollagene oder als biologische Katalaysatoren, wie die Enzyme.

Die Bausteine der Eiweiße, Aminosäuren, kann der Organismus zum Teil selbst herstellen. Andere Aminosäuren, essentielle, müssen mit der Nahrung in Form von Eiweißen aufgenommen werden.

Hämolymphe
auch Haemolymphe geschrieben

Insekten besitzen kein Blut in dem Sinne, wie es bei uns Menschen oder anderen Wirbeltieren durch die Adern fließt. Insekten und andere Gliedertiere haben ebenfalls eine Körperflüssigkeit, die Hämolymphe. Sie zirkuliert ebenfalls im Körper und dient dem Transport von Nährstoffen, Abbauprodukten, Hormonen und Wärme.

In der Hämolymphe der Insekten gibt es keinen Blutfarbstoff und es wird kaum Sauerstoff transportiert. Der Transport der Atemgase erfolgt bei den Insekten überwiegend über das Tracheensystem.

Die Zusammensetzung der Hämolymphe wird konstant gehalten. Diese Regulation nennt man Homöostase und erfolgt überwiegend durch die Malpighischen Gefäße.

Homöostase
gr. homoiostásis Gleichstand

Homöostase bezeichnet die Aufrechterhaltung eines Gleichgewichtszustandes durch einen regelnden Prozess. Die Regelung erfolgt meist durch einen Rückkopplungsmechnismus (physiologisches Feedback). Typische Beispiele sind die Regulation der Zusammensetzung von Blut und Hämolymphe.

Bei den Insekten sind die Malpighischen Gefäße für die konstante Zusammensetzung der Hämolymphe verantwortlich. Parameter sind Ionenzusammensetzung, Wassergehalt und ph-Wert.

Honigblase

Die Arbeiterin (Sammelbiene) sammelt den Nektar bzw. Honigtau und speichert ihn auf dem Flug in den Stock in ihrer Honigblase. Bereits in der Honigblase beginnt die Honigreifung. Aus der Honigblase gibt die Sammelbiene den Nektar bzw. Honigtau an die Arbeiterinnen im Stock ab. Ein Teil gelangt je nach ihrem Bedarf auch in ihren eigenen Mitteldarm und dient der Ernährung mit Kohlenhydraten.

Auch die Stockbienen tauschen untereinander die Nahrung in ihrer Honigblase aus (Trophallaxis). Alle Bienen im Stock haben daher eine in etwa gleich gefüllte Honigblase.

Malpighische Gefäße

Die Malpighischen Gefäße sind die Exkretionsorgane der Gliederfüßer, der Arthropoden, zu denen auch die Insekten gehören. Obwohl ihre Funktionsweise etwas anders ist, entsprechen sie in ihrer Aufgabe unseren Nieren. Malpighische Gefäße sind schlauchartige Ausstülpungen. Sie münden im Übergang zwischen Mitteldarm und Enddarm in den Verdauungstrakt der Insekten.

Die Malpighischen Gefäße regulieren den Wasser- und Ionenhaushalt (Osmoregulation) der Honigbiene. Sie sorgen dadurch für die Homöostase, die konstante, regulierte Zusammensetzung der Hämolymphe.

Insekten produzieren als stickstoffhaltiges Abbauprodukt des Stoffwechsels Harnsäure. Harnsäure ist sehr schlecht löslich. Die Malpighischen Gefäße geben die Harnsäure deshalb in kristalliner Form (pastenartig) in den Darm ab. Wird viel Wasser ausgeschieden so kann der Inhalt auch flüssig sein.

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