Vad är colony collapse disorder? Symptomen skiljer sig från andra epidemier och innefattar följande: Bisamhällen hittas plötsligt tomma på vuxna bin som lämnad sitt yngel utan skötsel i kupan. Inga döda bin kring kupan. Inga skadedjur eller honungsrövare trots överskott av honung och pollen. Inga parasiter närvarande i nivåer som kan orsaka bidöd.

Honungsbin har stadigt minskat i USA sedan 1947 med ungefär 1 % per år. Kraftigare minskningar har förekommit sedan 1987 men de senaste fyra vintrarna har förlusterna varit mellan 29-36 % per år. Orsakskomplexet för CCD innefattar näringsstress, sjukdomar och pesticider.

Näringsstress försämrar bisamhällets hälsa genom olika mekanismer där skador på immunsystemet och reducering av reproduktionsförmågan ingår. En nyckelkomponent vid näringsstress är minskningen av naturliga biotoper som resulterar i en mindre varierad och därmed mindre näringsrik diet. Naturliga biotoper har minskat de senaste 50 åren med stora effekter på bihälsan. En faktor i jordbrukslandskapet är ökningen av bredspektrumherbicider i samband med odlingen herbicidresistenta GMO grödor.

Sjukdomar som kvalster, virus och svampar har förts fram som orsak till CCD. Det finns emellertid ingen enskild sjukdom som kan kopplas till CCD. Parasitiska kvalster av släktet Varroa är det viktigaste skadedjuret globalt och de fungerar som vektorer för ett antal virus som försvagar kolonierna. Möjligen kan den symbiontiska tarmfloran vara försvagad genom stress vilket resulterar i ökad mottaglighet för sjukdomar.

Pesticider är kända för storskalig bidöd sedan början på 1900-talet, ofta genom direktförgiftning genom flygsprutning. Denna typ av bidöd är det inte tal om när det gäller CCD. Subletala effekter som är mindre studerade och förstådda än akuta effekter har blivit ett bekymmer sedan de systemiska neonikotinoiderna blivit vanliga. Andra bekymmersamma pesticider är de som används av biodlarna för att bekämpa kvalster i kupan liksom vissa fungicider som fungerar synergistiskt med neonikotinoiderna och ökar deras giftighet 200 till 1000 ggr.

I USA är 1200 aktiva substanser av pesticider registrerade i 18000 olika produkter.  Åtminstone 57 miljoner hektar av den totala åkerarealen på 177 miljoner hektar behandlas med någon av de tre neonikotinoiderna som är mycket giftiga för bin: clothianidin, imidacloprid och thiamethoxam.

Många undersökningar visar att en blandning av olika pesticidrester finns i bi, vax, pollen och nektar. Neonikotinoider finns också i jord, stoft och vattendroppar som utsöndras av behandlade växter. Maskrosor i närheten av behandlade fält var kontaminerade med clothianidin. Pollen från clothianidin-behandlade fält var kontaminerat men det pollen som bina samlat in från fältet hade 100 ggr högre halt. Förekomsten i pollenet är extra allvarligt eftersom clothianidin är mer toxiskt oralt för bin och för att larverna föds upp på pollen. En ny exponeringsväg har upptäckts genom såmaskinerna för majs. Majsfröet är betat med neonikotinoider och blandas med talk för att inte klibba ihop. Talken blir förorenad och kan sedan spridas med vinden. I en annan studie analyserades 887 prover av bin, vax och pollen på rester av 200 olika pesticider. Vax hade i genomsnitt 8 olika, pollen 7 och bin 2.5 olika pesticidrester. Pyretroider som är bigiftiga var den vanligaste insekticiden i proverna. Den omfattande förekomsten av multipla pesticidrester och bristen på vetenskapliga studier av den biologiska konsekvensen av pesticidkombinationer pekar på behovet av snabba förändringar i pesticidanvändningen.

Ett fenomen som observerades i sjuka kolonier var entombed pollen, vilket betyder att bina som är ansvariga för pollenförråden förseglar en del pollen med vax och propolis. Detta beteende används vanligen av bin för att isolera mikrobiella hot som en mus som dör i kupan. Entombed pollen hade mycket högre nivåer av tre specifika pesticider, två kvalstermedel och en fungicid, och inga mikrober. Samhällen med sådant pollen hade dubbelt så hög risk att dö än kupor med normalt pollen. Förekomsten av entombed pollen är den största enskilda faktorn att förutspå samhällsförlust. Det är en försvarsmekanism som har misslyckats.

Neonikotinoider är en relativt ny grupp av insekticider som påverkar det centrala nervsystemet hos sugande insekter som loppor och bladlöss. De används mot loppor på husdjur, på gräsmattor, stenfrukter, nötter, raps, solrosor och majs. Eftersom de är systemiska och tas upp av växten har de fått en stor användning som betningsmedel. Neonikotinoiderna består av två underklasser: nitroguanidiner och cyanoamidiner. Nitroguanidinerna som är akut toxiska för bin inkluderar imidacloprid, clothianidin, thiamethoxam och dinotefuran. Cyanoamidinerna är inte lika akuttoxiska för bin och inkluderar thiacloprid och acetamiprid. Neonikotinoiderna är beständiga i jorden i år och har potentialen att ackumulera i jord. De är också vattenlösliga och finns i behandlade växter fram till skörd. Registreringen har bara tagit hänsyn till risken för akut toxicitet utan att kräva tester på subletala effekter. Standardmetoden är att fastställa dosen som dödar 50 % av försöksdjuren (LD50) under en viss tid. Normalt testas vuxna bin under 48 timmar. I verkligheten utsätts bina för en låg dos under lång tid av dessa systemiska pesticider. Trots att många kräver det har inte registreringsmyndigheterna tagit upp tester av subletala, kroniska eller synergistiska effekter på pollinerare. Subletala effekter av neonikotinoider på bin inkluderar beteenderubbningar som, disorientering, minskad insamling, försämrat minne och inlärning och förändringar i kommunikationen. Andra viktiga subletala effekter kan innebära försämrad immunitet, försenad utveckling och andra indirekta effekter som hotar samhällets sammanhållning.

Neonikotinoider fungerar genom att binda till nikotinacetylcholinreceptorer i insekters hjärna, receptorer som är speciellt vanliga i bin och ökande från larvstadiet till vuxenstadiet. Denna bindning resulterar i en övermättnad av acetylcholin som paralyserar och dödar biet. Molekylerna kan frigöras från receptorerna men den senaste forskningen visar på att de troligen binder på ett nytt ställe och orsakar kronisk toxicitet.

Många studier visar på att små mängder av neonikotinoider ensamma eller i kombination med andra pesticider kan orsaka störd kommunikation, disorientering, minskad livslängd, förstörd immunitet och störning av larvutvecklingen hos bina. Genom att fästa små radiosändare på bina har man kunnat studera deras förmåga att hitta hem efter födosök. Subletala doser av thiamethoxam stör binas förmåga att hitta hem i en omfattning som är tillräcklig för att orsaka CCD. Subletala doser av imidacloprid orsakade signifikanta minskningar i rörlighet i flera timmar. Bina förlorade också sin förmåga att kommunicera och koordinera sina aktiviteter med andra bin. Imidacloprid stör inlärningen och associationen mellan blomdoft och nektar, ett beteende som demonstrerar associativ inlärning och minnesfunktion. Inlärningen hämmades både om den gjordes före, under eller efter exponering för pesticiden.

Synergism är ett fenomen i vilket två eller fler faktorer ger en kombinerad effekt som är större än summan av deras separata effekter. Labstudier har visat att akut toxicitet av två neonikotinoider ökas dramatiskt när de kombineras med olika fungicider. Dessa kombinationer förekommer ofta i bisamhällen. Synergism förekommer också mellan parasiten Nosema och neonikotinoider. Samhällen som exponerats för thiacloprid och imidacloprid var signifikant mer mottagliga.

Bin utsätts för dussintals av pesticider dagligen. Det är en kemisk cocktail av insectikider, herbicider, fungicider och kvalstermedel. Förutom neonikotinoider är pyretroider och fungicider misstänkta för CCD speciellt i kombination. Fungicider har betraktats som ogiftiga för bin men deras ökade användning kopplat med deras synergistiska effekter på neonikotinoider och pyretroider har ökat deras betydelse. Giftigheten har ökat upp till 1100 ggr om neonikotinoiden kombineras med en fungicid. Pyretroider varierar i sin giftighet för bin men på grund av sin fettlöslighet upplagras de och bioackumuleras i bivax. Binas detoxifiering av pesticider beror på relativt få enzymer och de är därför extra känsliga för kemiska cocktails. Ett enzymsystem som är ansvarigt för binas förmåga att tolerera fluvalinate, som används i kuporna mot Varroakvalster, blockeras t.ex. av vissa fungicider som propiconazole.

Nosema är en tarmparasit som påverkar binas förmåga att absorbera näring och Varrokvalster är en parasit som är vektor för virussjukdomar. En studie visar att när larverna utsatts för en mycket låg nivå som inte kan spåras hos de vuxna bina fick dessa signifikant högre Nosema infektion. Om bina exponeras för både pesticider och sjukdomar så blir de lättare sjuka och dör fortare om de utsätts för en kombination.

Oavsiktlig störning av den naturliga symbiotiska mikrofloran i bisamhället är ett sätt som pesticider kan underminera hälsan hos bina. Binas mikroflora existerar på två nivåer : i det individuella biets tarmflora och i hela samhället som en utvidgad organism. Mikrofloran har utvecklats tillsammans med biet och står för nyckelfunktioner som näringsberedning i bibröd och immunitet. Man har också konstaterat att mikrofloran förändras i sjuka samhällen. Uthållig bipollinering kräver detoxifiering av jordbruket och integrerad skötsel av binas mikroflora.

2003 upptäckte man att perioden för biförluster sammanföll med majssådden i Italien och Europa. Bina blir förgiftade av dammet som avges från såmaskinerna där majsfröet är betat med neonikotinoider och blandat med talk. Bina som flyger genom dammet pudras med akut toxiska nivåer av pesticiden. Under fuktiga förhållande förvärras förgiftningarna eftersom partiklarna lättare klibbar fast på binas kroppar. Under normala fuktighetsförhållande kan bina lättare rensa bort partiklarna. Bina kan också komma i kontakt med dammet i omkringliggande vegetation och daggdroppar.

Oralt intag av neonikotinoider är giftigare än när bina bara kommer i kontakt med dem. De potentiella vägarna att få i sig gifter är via pollen, nektar och guttationsdroppar. Guttationsdroppar är en sorts dagg som utsöndras av växterna på natten och behandlade växter kan ha dödliga nivåer av pesticider i dropparna. Koncentrationen i dropparna hos växter med behandlat frö motsvarar sprutvätska och bina dör inom några minuter.

Förorenat pollen och nektar samlas in både från behandlade grödor och från omkringliggande vegetation som maskrosor. Dödliga nivåer i närliggande vegetation kan kvarstå 3-4 dagar efter sådden och eftersom sådden ofta är utsträckt i tiden innebär det en risk för bina inom en tidsperiod på 3-4 veckor.

För att förstå pesticidexponering på ett bisamhälle är tiden den viktigaste faktorn. Hur länge varar exponeringen, kommer den tillbaka och vilka utvecklingsstadier av bina drabbas. För att registrera bekämpningsmedel behövs bara toxicitetsstudier på 48-96 timmar och då fångar man inte in subletala och kroniska effekter, speciellt inte om effekterna är indirekta.

Bisamhällen har överlappande generationer där alla har en betydelse för att hålla samhället friskt. Den komplexa sociala strukturen i ett samhälle är ett ekosystem eller en superorganism där individuella bin kan kategoriseras efter en kombination av ålder och samhällsfunktion. Varje kategori av bin konsumerar olika typer och mängder av mat som pollen och nektar eller den mat som bina gjort dvs bibröd, honung och drottninggele. De har också olika aktiviteter i tiden med början i kupan och sedan som insamlare av föda upp till flera kilometer från kupan. Exponeringen av pesticider varierar efter åldern, larverna flyter i nektar de första dagarna och de som samlar föda är i närkontakt med pollen och nektar direkt från växterna. Larv och vuxna bin har olika förmåga att avgifta sig.

Pesticidföretagen har en framträdande roll i att genomföra och finansiera studier och detta skapar tvister och bekymmer för oberoende forskare, biodlare och medborgare. Forskning som finansierats av företagen bl.a. Bayer Cropscience som tillverkar imidacloprid, har fokuserat på parasiter och sjukdomar som orsak till CCD, publicerat de resultat som visar ickesignifikanta effekter av pesticider och därmed påverkat beslutsfattare att inte förbjuda neonikotinoiderna. Bland de studier som visade att imidacloprid hade försumbara subletala eller kroniska effekter på bin eller att effekterna inte var relevanta för exponeringar i binas miljö var flerparten finansierade eller genomförda av tillverkaren. Många oberoende forskare har kommit till ett motsatt resultat att subletala och kroniska effekter förekommer vid mycket låga exponeringar.