Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Schwertransporter im Rückwärtsgang - Wüstenameisen finden auch rückwärts sicher nach Hause

21.07.2016

Ulmer Biologen haben herausgefunden, dass Wüstenameisen ihren Heimweg zum Ameisennest rückwärts genauso zielsicher zurücklegen wie vorwärts. Sie wiesen dabei nicht nur nach, dass Cataglyphis fortis eine besondere Gangart einschlägt, bei der mehr Beine am Boden bleiben als beim vorwärts laufen. Die Wissenschaftler aus dem Institut für Neurobiologie der Universität Ulm konnten zudem zeigen, dass die Ameisen zur Navigation eine Art Kompass einsetzen sowie einen biologischen Entfernungsmesser, der sowohl Schrittlängen als auch Richtungsinformationen berücksichtigt.

Sie sind emsig, unermüdlich und unglaublich stark: die Wüstenameisen. Bis das Zehnfache ihres Eigengewichtes können sie mit Hilfe ihrer klauenartigen Mundwerkzeuge transportieren. Haben sie etwas Nahrhaftes gefunden, geht es auf direktem Weg damit zurück zum Bau. Sind die Lasten besonders schwer, bevorzugen sie den Rückwärtsgang.


Eine Wüstenameise transportiert im Rückwärtsgang eine tote Spinne

Foto: Dr. Matthias Wittlinger


Eine Wüstenameise am Eingangsbereich ihres Ameisennestes;

Foto: Dr. Matthias Wittlinger

Ulmer Biologen haben nun herausgefunden, dass Wüstenameisen den Heimweg zum Ameisennest dabei genauso zielsicher zurücklegen wie vorwärts. Außerdem konnten die Forscher nachweisen, dass die rückwärts laufenden Sechsbeiner eine besondere Gangart einschlagen, bei der mehr Beine am Boden bleiben als beim Vorwärtsgang.

„Sie benutzen im Rückwärtsgang eine Art flexiblen Allrad-Antrieb“, erklärt Dr. Matthias Wittlinger. Der Biologe vom Institut für Neurobiologie an der Universität Ulm hat gemeinsam mit den Doktorandinnen Sarah Pfeffer und Verena Wahl erstmals untersucht, wie sich Lokomotorik und Kinematik von vorwärts- und rückwärtslaufenden Wüstenameisen voneinander unterscheiden.

„Normalerweise zeigen Insekten eine strikte Kopplung von Beinbewegungen. Bei den vorwärtslaufenden Ameisen sind das Vorder- und Hinterbein der einen Seite neurologisch mit dem Mittelbein der anderen Seite verbunden“, erläutert Pfeffer die als „Tripod“ bezeichnete Gangart. Anders als vermutet läuft der Rückwärtsgang der Cataglyphis fortis völlig unterschiedlich ab.

Mit Hilfe einer Hochgeschwindigkeitskamera (500 Bilder pro Sekunde) konnten die Ulmer Wissenschaftler erstmals zeigen, dass die Beinkoordination völlig variabel ist, wobei jedes Bein einzeln gesteuert wird. „Außerdem hat die Ameise beim Lastentransport im Rückwärtsgang meistens mehr als vier Beine am Boden, was sicherlich die Stabilität des Ameisenkörpers und damit auch die Kraftübertragung beim Schleppvorgang erhöht“, vermutet Wittlinger.

In einer zweiten Studie, die ebenfalls in der aktuellen Ausgabe des Fachmagazins „Journal of Experimental Biology“ veröffentlicht wurde, gelang es Dr. Matthias Wittlinger und Sarah Pfeffer herauszufinden, wie die Wüstenameise ihren Heimweg im Rückwärtsgang findet, also zielsicher navigiert. In einer äußerst kargen und lebensfeindlichen Landschaft wie den tunesischen Salztonebenen, wo die Ulmer Biologen ihre Freilandversuche durchgeführt haben, orientieren sich die Ameisen nicht an Pheromonspuren wie viele andere Insekten. Stattdessen nehmen sie das umliegende Landschaftspanorama visuell wahr und nutzen den Stand der Sonne und den Polarisationsgrad des Lichtes als eine Art Kompass.

„Ein weiteres Navigationsinstrument der Ameisen ist allerdings eine Art Schrittzähler, der zur Entfernungsmessung eingesetzt wird“, so die Doktorandin Pfeffer. Ein neurobiologisches System wie der sogenannte Schrittintegrator sorgt dafür, dass nicht nur die Anzahl der Schritte in die jeweilige Entfernungsberechnung eingeht, sondern auch die Schrittlängen und -richtungen jedes einzelnen Schrittes. Dies hat zur Folge, dass für eine „echte“ Navigationsleistung die beim Rückwärtsgehen veränderte Schrittkoordination berücksichtigt werden muss. „Eine beachtliche Fähigkeit“, wie die Ulmer Biologen finden.

Für deren Nachweis machten sie ein trickreiches Experiment: Nachdem die Ameisen an der Futterstelle ihre nahrhafte Ladung in Empfang genommen hatten, wurden sie von den Wissenschaftlern „entführt“ und auf einem Versuchsfeld mit Gitterfeldlinien wieder ausgesetzt. Diese tagaktiven und extrem schnellen Wüstenläufer wurden dann auf dem „vermeintlichen“ Heimweg zu ihrem Bau gefilmt und die visuellen Protokolle später im Labor digitalisiert und ausgewertet.

Je nach Größe ihres „Lunchpakets“ liefen sie dabei vorwärts oder rückwärts. Dabei zeigte sich, dass sich die geländegängigen und flinken Lastentransporter – sowohl beim Vorwärtslaufen als auch im Rückwärtsgang – mit derselben Zielstrebigkeit dem virtuellen Ameisenbau näherten wie zuvor dem tatsächlichen. „Sie vollbringen dabei eine Art Vektorrechnung, bei der sowohl Richtungs- als auch Entfernungsinformationen berücksichtigt werden“, so die Naturforscher fasziniert.

Nicht nur für die Biologie sondern auch für die Bionik und die Robotik sind diese Erkenntnisse zur Fortbewegung und Navigation der Wüstenameisen von Nutzen. „Mit dem Wissen, wie sich Wüstenameisen mit Hilfe von Richtungs-, Bewegungs- und Entfernungsdaten auf unwegsamen Terrain zurechtfinden, könnten beispielsweise die Navigationssysteme sechsbeiniger Laufroboter optimiert werden“, glaubt Sarah Pfeffer.

Übrigens staunten die Forscher noch über einen weiteren Befund: auf dem Rückweg zum Nest lassen die Ameisen die großen Futterbrocken immer wieder liegen, um in kreisenden Bewegungsmustern die nähere Umgebung abzulaufen. „Es sieht so aus, als wären sie auf der Suche nach weiteren Anhaltspunkten zur Orientierung“, vermutet Dr. Matthias Wittlinger. Diese heiße Spur wollen die Ulmer Ameisenforscher in Zukunft auf jeden Fall weiterverfolgen.

Weitere Informationen:
Dr. Matthias Wittlinger; Tel.: 0731 / 50 - 22643; E-Mail: matthias.wittlinger@uni-ulm.de;
Sarah Pfeffer; Tel.: 0731 / 50 – 22687; E-Mail: sarah.pfeffer@alumni.uni-ulm.de;

Literaturhinweis:
Pfeffer, S. E., Wahl, V.L. & Wittlinger, M. (2016): How to find home backwards? Locomotion and inter-leg coordination during rearward walking of Cataglyphis fortis desert ants. In: Journal of Experimental Biology;
doi: 10.1242/jeb.137778
http://jeb.biologists.org/lookup/doi/10.1242/jeb.137778

Pfeffer, S. E., & Wittlinger, M. (2016): How to find home backwards? Navigation during rearward homing of Cataglyphis fortis desert ants. In: Journal of Experimental Biology; doi:10.1242/jeb.137786
http://jeb.biologists.org/lookup/doi/10.1242/jeb.137786

Weitere Informationen:

http://jeb.biologists.org/lookup/doi/10.1242/jeb.137778
http://jeb.biologists.org/lookup/doi/10.1242/jeb.137786

Andrea Weber-Tuckermann | idw - Informationsdienst Wissenschaft

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Nanoskopie auf dem Chip: Mikroskopie in HD-Qualität
25.04.2017 | Universität Bielefeld

nachricht Wehrhaft gegen aggressiven Sauerstoff - Metalloxid-Nickelschaum-Elektroden in der Wasseraufspaltung
25.04.2017 | Universität Ulm

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Nanoskopie auf dem Chip: Mikroskopie in HD-Qualität

Neue Erfindung der Universitäten Bielefeld und Tromsø (Norwegen)

Physiker der Universität Bielefeld und der norwegischen Universität Tromsø haben einen Chip entwickelt, der super-auflösende Lichtmikroskopie, auch...

Im Focus: Löschbare Tinte für den 3-D-Druck

Im 3-D-Druckverfahren durch Direktes Laserschreiben können Mikrometer-große Strukturen mit genau definierten Eigenschaften geschrieben werden. Forscher des Karlsruher Institus für Technologie (KIT) haben ein Verfahren entwickelt, durch das sich die 3-D-Tinte für die Drucker wieder ‚wegwischen‘ lässt. Die bis zu hundert Nanometer kleinen Strukturen lassen sich dadurch wiederholt auflösen und neu schreiben - ein Nanometer entspricht einem millionstel Millimeter. Die Entwicklung eröffnet der 3-D-Fertigungstechnik vielfältige neue Anwendungen, zum Beispiel in der Biologie oder Materialentwicklung.

Beim Direkten Laserschreiben erzeugt ein computergesteuerter, fokussierter Laserstrahl in einem Fotolack wie ein Stift die Struktur. „Eine Tinte zu entwickeln,...

Im Focus: Leichtbau serientauglich machen

Immer mehr Autobauer setzen auf Karosserieteile aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFK). Dennoch müssen Fertigungs- und Reparaturkosten weiter gesenkt werden, um CFK kostengünstig nutzbar zu machen. Das Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH) hat daher zusammen mit der Volkswagen AG und fünf weiteren Partnern im Projekt HolQueSt 3D Laserprozesse zum automatisierten Besäumen, Bohren und Reparieren von dreidimensionalen Bauteilen entwickelt.

Automatisiert ablaufende Bearbeitungsprozesse sind die Grundlage, um CFK-Bauteile endgültig in die Serienproduktion zu bringen. Ausgerichtet an einem...

Im Focus: Making lightweight construction suitable for series production

More and more automobile companies are focusing on body parts made of carbon fiber reinforced plastics (CFRP). However, manufacturing and repair costs must be further reduced in order to make CFRP more economical in use. Together with the Volkswagen AG and five other partners in the project HolQueSt 3D, the Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH) has developed laser processes for the automatic trimming, drilling and repair of three-dimensional components.

Automated manufacturing processes are the basis for ultimately establishing the series production of CFRP components. In the project HolQueSt 3D, the LZH has...

Im Focus: Wonder material? Novel nanotube structure strengthens thin films for flexible electronics

Reflecting the structure of composites found in nature and the ancient world, researchers at the University of Illinois at Urbana-Champaign have synthesized thin carbon nanotube (CNT) textiles that exhibit both high electrical conductivity and a level of toughness that is about fifty times higher than copper films, currently used in electronics.

"The structural robustness of thin metal films has significant importance for the reliable operation of smart skin and flexible electronics including...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

„Microbiology and Infection“ - deutschlandweit größte Fachkonferenz in Würzburg

25.04.2017 | Veranstaltungen

Berührungslose Schichtdickenmessung in der Qualitätskontrolle

25.04.2017 | Veranstaltungen

Forschungsexpedition „Meere und Ozeane“ mit dem Ausstellungsschiff MS Wissenschaft

24.04.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

„Microbiology and Infection“ - deutschlandweit größte Fachkonferenz in Würzburg

25.04.2017 | Veranstaltungsnachrichten

Auf dem Weg zur lückenlosen Qualitätsüberwachung in der gesamten Lieferkette

25.04.2017 | Verkehr Logistik

Digitalisierung bringt Produktion zurück an den Standort Deutschland

25.04.2017 | Wirtschaft Finanzen