Bron: Maandblad van de Vlaamse Imkerbond
Jaargang: 90
Jaar: 2004
Maand: oktober
Auteurs: Herman Buelens

ENERGIESYSTEEM IN BIJENVOLKEN

Op 16 mei 2000 overleed mijn dierbare vriend en imker Herman Beulens. Hij was toen 78 jaar. Ook na zijn op pensioenstelling bleef hij zoeken naar de geheimen van de natuur. Die probeerde hij dan wetenschappelijk te doorgronden. Zijn carrière bij Aveve eindigde in het studiecentrum als technisch raadgever voor de accommodatie, isolatie en aanpassing van stallingen en verblijven voor de veeteelt. Als imker probeerde hij de levenswijze en de geheimen van een bijengemeenschap te doorgronden. Honing oogsten was zijn minste zorg. Het hoe en waarom was voor Herman hoofdzaak. Dank zij zijn vriend, wijlen prof. Karel Van Nerum, beschikte hij ruimschoots over de laboratoria van de Leuvense Universiteit. Tientallen proefvolken stonden opgesteld in een afgedankte kippenren in de landbouwafdeling te Heverlee. Prof. Van Nerum had immers regelmatig bijen nodig voor de bloembestuiving m.b.t. de veredeling in de wiloofteelt. Herman Beulens onderzocht voornamelijk het energiesysteem in een bijenvolk. Spijtig genoeg werden zijn vragen voor een eventuele medewerking bij sommige imkers niet altijd ernstig overwogen. Zijn gedrag was typisch dat van een vorser, soms verstrooid of afwezig en bestendig afgeleid door zijn onopgeloste problemen. Men begreep Herman niet altijd. Toevallig ontdekte ik in mijn documentatie de tekst van een spreekbeurt die hij hield tijdens een vergadering van ‘De Bijentelers der Dijle’ te Leuven. Misschien is zijn theorie omstreden? Of juist baanbrekend? Of is ze toch een klein beetje een bijdrage om de geheimen van het energiesysteem bij de bijen te verklaren? – Cyrille Behets.

Energiesysteem bij insecten

Het energiesysteem van honingbijen is tot op heden niet te best doorgrond. In de handboeken over de bijenteelt is het kapittel over metabolisme en energie zelfs onderontwikkeld. Een mogelijke reden hiervoor is hun manier van leven in kolonie, wat de studie ongetwijfeld bemoeilijkt.

Zeker is dat de energierekeningen van het volwassen volk en het broed door elkaar lopen (metabolisme, broedverzorging). Er blijft onduidelijkheid over eenvoudige praktijkkwesties zoals de voedselbehoefte. Hoeveel en waarom? Of de zin of onzin van isolatie: warme of koude inwintering?

Op wetenschappelijk vlak zijn er nog meer vragen. De gegevens zijn nochtans overvloedig voor handen, maar ze zijn uiterst uiteenlopend. De laatste jaren kwam er veel informatie beschikbaar over het metabolisme van insecten in het algemeen. Via deze gegevens wordt het energiegebruik van honingbijen verstaanbaar en komt er een samenhangend en bruikbaar systeem tot uiting. Hierin ligt het basismetabolisme voor de honingbij op het spaarzame niveau van andere insecten (4 à 5 watt per kg aan 30%), maar er is een vaak zware energierekening voor de activiteit binnen de kolonie.· Vele fenomenen worden verklaarbaar: o.a. een metabolisme dat enorm wisselt bij een bijenvolk, veel sterker dan bij andere dieren.

Tussen haakjes: ‘metabolisme’ betekent hier de verwerking van voedsel voor de energieproductie. Die energie wordt tegenwoordig in ‘watt’ uitgedrukt. Watt staat gelijk met warmte (denk aan een lamp van bv. 40 watt). Voor een imker is het praktisch om weten dat 1 watt gelijk staat met de warmteproductie van 5 g suiker (of 6 g honing) per dag. 1 watt is ook hetzelfde als 0,8 calorieën per uur.

Een samenhangend systeem van gegevens leidt tot een duidelijker inzicht in wat een bijenvolk is: een groep insecten die functioneren als een warmteregelend warmbloedig wezen, geïsoleerd met een buitenmantel van Levende bijen, vergelijkbaar met een pels of pluimen. We kunnen nu veel vragen beantwoorden zoals:

• het metabolisme van vele insecten ligt rond 2 watt/kg bij 20°(, Op individuele bijen wordt ver boven 100 watt gemeten en laboproeven op kolonies geven 20 watt/kg, soms meer. Zijn bijen energieverspillers?

• Het voedselgebruik van bijenkoloniën is slecht gekend, het wisselt veel sterker dan dit van de warmbloedigen. Volgens welke regels?

• Produceren van broed veroorzaakt volgens opgedane ervaring ‘veel’ voedselgebruik, maar volgens het metabolisme gebruikt het broed nest weinig energie. Waarom die tegenspraak?

• Als het verwarmen van broed veel energie vergt, waarom gaven de vele proeven over het isoleren of eventueel kunstmatig verwarmen van bijenwoningen onduidelijke en negatieve resultaten?

• Tenslotte: waarom behoeven bijen wintervoorraden en kunnen ze niet overleven op lichaamvet zoals bv. hommels?

Basismetabolisme

In het dierenrijk geldt dat het metabolisme per kg afneemt bij toenemend gewicht. Voor grote dieren is dit een duidelijke must: de olifant zou 300°C warm worden met het metabolisme van de muis. Metabolisme blijkt bij alle dieren benaderend evenredig met het lichaamoppervlak per kg, ongetwijfeld omdat het afkoelingvermogen evenredig is met het lichaamoppervlak.

Voor een insect in rust van 100 mg (gewicht van een bij) ligt de plaats op de norm lijn nabij de 2 watt/kg bij 20°C of 1 mg suiker per dag. Dat metabolisme is inderdaad dit van een naakte bijenzwerm, de 5,5 watt van het bijenbroed komt op hetzelfde neer.

Metabolisme en temperatuur

Het metabolisme van koudbloedige dieren stijgt met factor 2 tot 3 per 10°C hogere weefseltemperatuur. Met een niveau van 2 watt/kg aan 20°C zou dus, benaderend, een niveau van 5,5 watt bij 34°C broednesttemperatuur moeten corresponderen. Met broed is dat het geval. In de praktijk ligt het energieverbruik voor de broedende kolonie veel hoger.

Energie voor activiteit

De energiekost bij het vliegen van insecten is 70 tot 500 watt/kg en is dus 11 mg suiker/uur voor een bij van 100 mg. Dat lijkt veel meer, maar aërodynamisch is dit normaal. Kleine volumes ondergaan per eenheid gewicht hoge luchtweerstanden. Vogels vliegen daarom tien maal profijtiger dan bijen, zoals grote vliegtuigen voordeliger vliegen dan kleine. Wegens zijn hoge energiekost is de ‘vlieg motor’ van de bij veruit de krachtigste spiermassa die in het dierenrijk voorkomt: 2000 watt/kg thoraxspier. Dit is tienmaal het vermogen van een elektrische motor.

Ter vergelijking, aan 2000 watt/kg spier zou een mens 15 kg brood per uur moeten verwerken.

Bijen kunnen de enorme energie ook stilstaand voortbrengen. Zo kunnen 5 kg bijen samen gemakkelijk 1000 watt produceren, wat (in theorie) volstaat om een bijenkast tot 500°C op te warmen. Evident is de kolonie al lang dood eer het zover is, maar de dood van een bijenvolk door ‘heetlopen’ moet dus nooit verwonderen. Door intense warmteproductie kan een klein volkje in een koud houten kastje zich een paar weken op temperatuur houden, maar verliest tenslotte de strijd door uitputting. Het vliegmetabolisme van. de honingbij is van de hoge kant bij experimenten van 300 tot 500 watt/kg. Ter vergelijking, de sprinkhaan doet het met 70 watt/kg. Verklaring hiervan kan de isolerende beharing zijn van de honingbij. Zoals de hommel kan een bij daardoor bij koud weer vliegen. Deze vitaal belangrijke eigenschap wordt dus betaald met een hogere vlieg kost.

De noodzaak van hoge werktemperaturen geldt niet alleen door vliegen maar voor de hele spiermassa die het vliegen en lopen bij insecten bedient. Ook dit kan mede de hoge insectentemperatuur van onze honingbij verklaren. Toch kunnen insecten niet echt warmbloedig zijn omdat ze zo klei n zij n. Een vaste hoge temperatuur is uitgesloten: hun afkoeling verloopt te snel. Omgekeerd zou voor de grotere zwaardere dieren een wisselende temperatuur onpraktisch zijn: hun opwarming duurt te lang. Bij de honingbij verhelpt de warme kolonie aan beide problemen: het kleine individu is koudbloedig, maar de kolonie heeft bestendig een vaste hoge temperatuur. Dit verklaart nog niet waarom de bijen volk een warmtecentrum onderhoudt, ook tijdens de winterrust.

Overwinteren op voorraden

Bijen blijven warm in de winter omdat ze in een tros bijeen kruipen. Ze verbruiken dan maar 4 tot 8 watt/kg. Maar die warmte wordt goed bewaard in de isolerende tros. Toch vergt dit voorraden en die voorraden moeten bij de hand blijven.

Maandenlang overleven op lichaamreserves is mogelijk in een koude, maar niet in een warme omgeving. Hommels overwinteren inderdaad op lichaamvet en met 35% gewichtverlies, maar ze kunnen geen lang en warm droog seizoen overleven. Daarom zijn er geen hommels in de tropen, maar wel tot in de poolstreken. Dank zij het aanleggen van voorraden, zijn bijen geschikt voor warm en kouder klimaat. Ook mensen hebben voorraden nodig om te overleven. Beide danken hun grote geografische verspreiding aan hun unieke voorraadpolitiek. Mensen en bijen vergezellen elkaar niet toevallig overal op deze aarde.

Nestklimaat

De warmte in het broed nest wordt geregeld op 34°C, niet toevallig de lichaamtemperatuur van zoogdieren en vogels. Warmbloedige wezens isoleren zich met pels of pluimen. Een bijenvolk is een ‘thermoregulerend koudbloedig’ organisme met een zeer speciaal isolatiesysteem. Een wasraat die stilstaande lucht bevat heeft de isolatiewaarde van isomo en blijkt tot 25°C temperatuurverschil op te vangen. In de bijenmantel die het broednest afsluit wordt tot 10°C temperatuurverschil per cm waargenomen. De combinatie van wasraat met een gesloten bijenmassa in de ‘straten’ (ruimte tussen de raten) blijkt tamelijk precies de isolatiewaarde van een pels of van pluimen te evenaren.

Deze uitmuntende zelfisolatie van de bijen werd over het hoofd gezien toen imkers en vorsers een aantal jaren geleden voordeel verwachtten van het verwarmen of zwaar isoleren van bijenkasten. De waarheid ligt omgekeerd: de randbijen hoeven geen warmte, ze hebben wel koude nodig om niet uit te drogen. De vochtbeheersing is een tweede opgave voor de kolonie. Het conditioneren en bewaren van gistbare voorraden vergt een atmosfeer met een relatief vochtgehalte van maximaal 50%. Dit relatief lage vochtgehalte wordt binnen de tros ook in de winter gehandhaafd. Verhoging van de temperatuur in het nest is de normale methode om deze luchtconditie waar te maken. Dit is vermoedelijk de bijzondere reden waarom de honingbij onder alle sociale insecten voor de hoogste nesttemperatuur moet kiezen.

Vochtbeheersing in winter

In de praktijk wordt in normale winters een consumptie rond 30 g per dag vastgesteld van reserves met 82 tot 85% suikergehalte. Deze cijfers gelden voor kolonies van 1 tot 1,5 kg. bijen. Dit correspondeert met ong. 4 watt per kg. Het metaboliseren van honing of suikers in raat levert 730 g water per kg op. De hoge temperatuur houdt de tros kern droog en de lage temperatuur buiten behoedt de trosrand voor uitdrogen. Toch moet er ook in de winter water door verdamping verwijderd worden.

De uitstoot van vocht gebeurt periodiek bij voorkeur op de warme dagen: bij 25°( kan 5 g water per m3 lucht verwijderd worden en slechts 1 g bij 15°C. De periodiciteit voorkomt condensatie binnen in de kast. Ook via eventueel winterbroed wordt metabolisch vocht verwijderd.

Energierekening van een broedende kolonie

In de winter is 0,8 tot 1 kg verbruik per maand gewoon. Tijdens het broeden wordt dat 3-4 kg. Volgens opgedane ervaring is dus de broedproductie de voornaamste factor van het voedselverbruik. De zeldzame studies wijzen op een consumptie van ong. 2 kg voedsel voor 1 kg broed. Het broed zelf is echter niet de grote verbruiker van het voedsel. Men vond een metabolisme van 5,6 watt/kg. Dit betekent een energie van 28 g suiker per dag of per kg broed, slechts 480 g tijdens de 17 dagen van made tot het uitlopen. Het directe voedselverbruik, de voedseltransformatie voor de larven en diverse activiteiten zoals ventileren, verplaatsen, transporteren, verwarmen, poetsen, water halen, kortom een opgedreven, drukke activiteit verklaart de hoge energierekening.

Bijenvolk: warmbloedig dier met koudbloedige pels

De ‘broedbol’ in een flinke bijenkolonie bereikt een buitenoppervlak van ong. 0,5 m2 dit geheel straalt een warmte af zoals bv. een verwarmingradiator. Bij een temperatuurverschil van bv. 30°C (34°C nest, 3°C buiten) zou de niet-geïsoleerde bol een warmteverlies ondergaan van 180 calorieën of 150 watt. Dit zou dus 775 g suiker per dag kosten. Voor 5 kg levende massa zou dit 42 watt/kg worden. Isoleren is dus in deze periode onmisbaar. De voorjaarsisolatie moet flexibel zijn met betrekking tot de wisselende buitentemperaturen en wisselende activiteiten.

Een lege wasraat heeft een isolatievermogen van 2,5 cm isomo. De buitenrand van de bijen in de tussenruimten doet de rest. Die ‘randbijen’ zitten dicht of los op elkaar, zitten stil of waaieren en kunnen zo het warmteverlies nauwgezet regelen. Als goede koudbloedigen laten de randbijen zich met genoegen afkoelen. De koudbloedige buitenmantel van de bijentros is dus gemaakt voor een koelere omgeving. Daarom kan een hermetisch geïsoleerde bijenkast soms schadelijk zijn. In die zin houdt de constructie van de huidige bijenkasten met draadbodem een grote verbetering in. Bedenken we dat een kat met een pels en een kip met pluimen geen jas nodig hebben.