Orlando Teen Varun Madan använder probiotiska bakterier för att spara honungsbinnen

Som alla tonåren blir Varun Madan distraherad från sina läxor. En kväll, i stället för att läsa om fjärilar för ett skoluppdrag, snubblade han av misstag ett internetkaninhål av honungsbensforskning. Den omväg ledde Orlando-tonåren att konkurrera i ett av de största vetenskapsmässorna i mitten av skolan i USA i veckan, beväpnad med sin plan att rädda världens bikolonier från total kollaps.

Madan, nu i nionde klassen, kommer att berätta allt om hur bin pollinerar miljarder dollar av jordbruksgrödor runt om i världen. Han kommer också att förklara att de dör i en alarmerande takt, ett mystiskt fenomen som kallas "koloni kollaps" som drivs av sjukdomar, bekämpningsmedel och dålig näring. Men viktigast av allt kommer han att berätta om en upptäckt som han gjorde om björnarna som bara kan förhindra att de blir dödliga.

"Det har pågått under en riktigt, verkligen lång tid", berättar Madan Omvänd. "Det finns så många misslyckade saker som människor har försökt för detta." Hans inlägg till Society for Science och publikens Broadcom MASTERS vetenskapsmässa i Washington, D.C. i månaden var hans plan att rädda dem.

Enamored med bina mötte Madan Jamie Ellis, Ph.D., en professor i entomologi vid University of Florida som specialiserat sig på honungsbin. Ellis clued Madan in till en viktig ledande hypotes om vad som driver globalt honungsbi avtar.

"Han utbildade mig mer om varför det här händer, och hans huvudhypotes var deras brist på immunitet orsakar brist på motstånd mot dessa yttre stressorer som parasiter, skadedjur, rovdjur, allt det där, säger Madan. Omedelbart spelade den roll som den mänskliga gutmikrobiomen spelade i immunitet i åtanke. Galaxen av bakterier, jäst och virus som lever i matsmältningskanalen är avgörande för den övergripande hälsan. Precis som en störd mikrobiom försvårar utveckling och immunfunktion hos människor, trodde han, det är kanske det som händer med bin. Så snart han kom hem till Orlando, dyker han in i forskningen och upptäcker att två av de 13 fördelaktiga bakterierna i honungsbi-mikrobiomen finns hos människor.

Han använde en kallad Bifidobacterium infantis för att testa sin hypotes att förändringar i binens tarmmikrobiom ledde till deras undergång.

Madans lokala apiary, Orange Blossom Beekeepers Association, var extremt stödjande för Madans arbete. "Jag var välsignad för att få fem nässelfeber, för att en slumpmässig medelskolan frågade efter några honungsbinnarkor, vanligtvis skulle de säga nej till det", påminner han om. "Men jag har fem hela nässelfeber!"

Under vintern, när det inte finns så många blommor för bin att mata på, ger biodlare masonburkar av sockerlösning för att simulera binens naturliga diet av nektar. Detta gav Madan möjligheten att experimentellt styra vad hans bier konsumerade, eftersom de i huvudsak bara åt från burken hela vintern.

I masonburkarna som matade sina fem nässlar, satte Madan olika nivåer av B. infantis bakterie. Två nässlar har en hög koncentration av bakterier, två nässelfeber blev lite mindre, och den femte näven fick ingen - kontrollgruppen. I sex veckor övervakade han fyra olika indikatorer på bikeshälsovård: fodervärden (hur många bior kommer in och ut ur bikupan för att få tillbaka mat), honungsmassa, befolkning och bulleproduktion (hur många larver som bikupan producerar).

För att bestämma bibefolkningen tog Madan bilder av varje ram i bikupan, beräknade antalet bier i det och multiplicerade sedan det antalet med det totala antalet ramar i bikupan. "Det är uppenbart att det är irrationellt att räkna dem alla," säger han. För brödproduktion räknade han på samma sätt larverna. Han använde omsorgsfullt en handräknare för att räkna hur många bin som kom in och ut på tio minuter under sina tvåveckors observationer. Vägning av bottenblocket i varje bikupa indikerar honungsmassa, som det är där allt droppar. "Oavsett vilken var den älsklingaste, - förlåt, vilken som var den tyngsta - vi skulle spela in det", säger han.

Madan fick snabbt en känsla av svårigheterna med fältarbete. "Detta kom inte utan min skada," säger han. "Vi tog ut nässlarna, och jag fick stung 42 gånger! En gång i min navel! Men vet du vad? Det är vetenskapen! Och jag är så glad att jag hade övervakning. Annars kunde den 42 lätt ha blivit till fyrahundra-någonting. "Berättelsen om biodlingens faror kommer ut i Madan. En sångare och skådespelare använder han sin artisters färdigheter för att förvandla avsnittet "metoder" i ett papper till en gripande berättelse.

Med övervakning av vuxna biodlare överlevde Madan för att fånga all sin data, testa sin betydelse med hjälp av akademiker som är bättre rustade att utföra statistiska analyser.

Precis som hans hypotes förutspådde förändringar i björnarnas bäck förändras bikens hälsa. Nässlarna som fick den låga dosen av B. infantis producerade mer larver, gjorde mer honung och stödde större populationer av vuxna bin. Högdos-hives producerade mer larver än kontrollen, men inte så många som lågdosishive. Han hittade emellertid ingen statistiskt signifikant skillnad i fodervärden.

Cameron Jack, en honungsbiforskare vid University of Florida, är en av de vuxna som steg upp för att hjälpa Madan presentera sitt arbete offentligt och lär honom att navigera - kanske viktigast för den spirande forskaren - hur man ska undvika överdriva betydelsen av hans fynd. Han var imponerad av hur snabbt Madan förstod hur vetenskapen ska presenteras i en professionell miljö.

"Det är trevligt att se några barn som verkligen fattar några viktiga vetenskapliga begrepp som många vuxna inte får: Du måste ha flera replikeringar och något som är statistiskt detekterbart innan du kan göra ett utbildat antagande, säger Jack Omvänd. "Många av allmänheten inser inte de sakerna, och det finns mycket skräpvetenskap där ute som människor tar som sanning, men det beror på att de inte har kunskap om hur vetenskapen fungerar. Det är trevligt att se en yngre generation som fattar det."

Med dessa färdigheter presenterade Madan vid Broadcom MASTERS denna vecka och tjänar en av 30 rikstäckande finalisttitlar. Även om han inte tog hem topppriset, är Madan oförskräckt, nu vänder han sig till de mikroskopiska effekterna av B. infantis på binens insidor.

"Har det verkligen påverkat honungsbinnets faktiska tarm? Det är årets projekt, säger han. "Jag vill se om denna bakterie verkligen kan radera denna patogen kallad nosema, som ligger i honungsbinnet. Om det gör kan denna bakterie bevisas en gång för allt att det verkligen är riktigt bra."