Ameisen als Pioniere der Navigationsforschung

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Maddio

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#1 Ameisen als Pioniere der Navigationsforschung

Beitrag von Maddio » 18. Februar 2017, 15:36

Wissenschaftler der Universität Freiburg erforschen gegenwärtig das Laufverhalten von Cataglyphis sp., und erhoffen sich dabei Erkenntnisse um die Navigationsforschung voranzubringen. Die Ergebnisse sollen dann bei der Entwicklung von Robotern eingesetzt werden, und diesen eine bessere Orientierung und Fortbewegung im Raum ermöglichen.

Im Zentrum der Untersuchung steht eine sogenannte Laufkugelapparatur. Eine solche Apparatur ist nicht neu in der Myrmekologie; vergleichbare Apparaturen werden in der Myrmekologie bereits seit den 60er Jahren genutzt. Durch den technischen Fortschritt ist von dem Team um Dr. Matthias Wittlinger nun eine komplexere Form dieser Apparatur entwickelt worden:

Bei der Apparatur läuft die Ameise – vergleichbar mit einem Hamster im Rad – auf einer Kugel. Dies empfindet sie als Laufen im Gelände, obwohl sie sich nicht von der Stelle bewegt. Das Team hat die Apparatur so weiterentwickelt, dass sie der Ameise eine natürliche Körperhaltung, hohe Laufgeschwindigkeiten und schnelle Richtungsänderungen erlaubt. Darüber hinaus verfügt die Laufkugelapparatur über optische Sensoren, ähnlich wie bei einer Computermaus, mit denen die Wissenschaftler die Laufrichtung und -geschwindigkeit des Tiers genau erfassen.




Untersucht wird, wie die Ameisen ihren Weg zum Nest zurückfinden. Interessant ist die Entdeckung, dass es zwei verschiedene Phasen beim Laufverhalten gibt, eine Anlaufphase (straight approach phase) und eine Suchphase (looping search phase):

Die Wissenschaftler haben dabei beobachtet, dass die Tiere ihre Laufgeschwindigkeit der jeweiligen Phase anpassen – schnell in der Anlaufphase, langsam in der Suchphase. Der Vergleich des virtuell auf der Kugel zurückgelegten Wegs mit dem, der im Raum erforderlich gewesen wäre, zeigt: Das innere Navigationssystem der Ameisen funktioniert mit hoher Genauigkeit.


http://www.labo.de/news/navigationsforschung---ameisen-im-hamsterrad.htm
http://www.livescience.com/57907-ants-march-on-a-treadmill.html

Die wissenschaftliche Abhandlung im Original, mit umfangreichen Erklärungen und Fotos zur Methodik:
http://jeb.biologists.org/content/jexbio/220/4/634.full.pdf
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#2 Re: Ameisen als Pioniere der Navigationsforschung

Beitrag von Saskia80 » 16. Januar 2018, 08:46

Also ich finde das mit der Orientierung der Ameisen sehr interessant. Ich frage mich ob andere Ameisenarten wie die Cataglyphis sich ähnlich gut orientieren können. Könnte man beispielsweise ein richtiges Labyrinth bauen und damit 2 Becken verbinden? Würden sich die Ameisen zurechtfinden oder könnten sich auch welche verirren?

Bei Spiegel Online habe ich gelesen, dass britische Forscher festgestellt haben, dass die Art Temnothorax albipennis sich in fremden Nestern tendenziell nach links hält, wenn sie fremde Nester erkundet.

http://www.spiegel.de/wissenschaft/natur/ameisen-mit-links-durchs-labyrinth-a-1010570.html
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#3 Re: Ameisen als Pioniere der Navigationsforschung

Beitrag von Maddio » 16. Januar 2018, 17:43

Saskia80 hat geschrieben:Ich frage mich ob andere Ameisenarten wie die Cataglyphis sich ähnlich gut orientieren können.


Vermutlich die meisten Ameisenarten können sich in ihrem jeweiligen Lebensraum sehr gut orientieren. Dabei ist die Spezialisierung in Sachen Orientierung ähnlich vielseitig, wie die Lebensräume.

Viele Arten, welche sich an der Oberfläche aufhalten und sogar aktiv jagen, haben auffällig große Augen; sie können mitunter auch eine Person die sich nähert wahrnehmen. Andere Arten wiederum leben vorwiegend unterirdisch und haben kaum entwickelte Augen, sondern orientieren sich mehr taktil.

Interessant ist in diesem Zusammenhang auch, dass in der Evolution oft Lösungen gefunden werden, die sich bei mehreren Lebensformen finden, die sonst in keinem unmittelbaren Zusammenhang stehen.

So haben z.B. auch Fische, welche in unterirdischen Gewässern leben, wie z.B. Höhlensalmler, auch oft nur unterentwickelte oder gar keine Augen (-->Astyanax jordani), sowie wenige Pigmente.

In der Biologie wird dies mit dem Fachbegriff Analogie beschrieben, oder auch konvergente Evolution:

Eine Analogie (griechisch ἀναλογία, analogia „Entsprechung“) ist in der Biologie eine Ähnlichkeit der Struktur von Organen, Proteinen, Genen oder Verhaltensweisen unterschiedlicher Lebewesen (Taxa), deren gemeinsame Vorfahren diese Ausprägung nicht aufwiesen; sie ist oft an eine einander entsprechende Funktion gebunden.


https://de.wikipedia.org/wiki/Analogie_(Biologie)

Saskia80 hat geschrieben:Könnte man beispielsweise ein richtiges Labyrinth bauen und damit 2 Becken verbinden? Würden sich die Ameisen zurechtfinden oder könnten sich auch welche verirren?


Grundsätzlich dürfte ein Labyrinth kein Problem für Ameisen darstellen. Aus menschlicher Perspektive sind wohl die meisten Ameisennester von der Gängestruktur nichts anderes als Labyrinthe.

Doch genau da sehe ich auch das Problem, denn die Ameisen werden im Labyrinth erstmal einfach nur fouragieren, was aus unserer menschlichen Sicht auch als Umherirren interpretiert werden könnte. Wenn du ihnen allerdings eine Futterquelle anbietest, werden sie sich mit zunehmender Dauer des Experiments an die kürzeste Wegroute annähern.

Dabei werden sich die Arbeiterinnen an den Duftspuren der Vorgänger orientieren; für sie ist es also so, wenn wir einen Vergleich zur menschlichen Gesellschaft ziehen wollen, dass bereits Hinweisschilder, oder Verkehrsleitsysteme wie auf der Autobahn, aufgestellt sind.

Bei sehr vielen Arten wird die Orientierung aber auch noch durch weitere Mechanismen unterstützt, z.B. die Orientierung am Sonnenstand, oder an Landmarken (visuell eindrückliche Objekte).
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#4 Re: Ameisen als Pioniere der Navigationsforschung

Beitrag von trailandstreet » 16. Januar 2018, 21:57

Alleine wenn man betrachtet, in was für einer Welt sich die Ameisen bewegen im Verhältnis zu uns, da wird einem dann schon klar, was eine einfache Wiese für ein Riesen Dschungel ist. Immerhin furagieren die ja nicht sm Boden, sondern auch an den Halmen auf und ab.
Das entspräche dem, als würden wir uns auf und ab an den Bäumen bewegen und die stehen nicht nur nebeneinander, sondern liegen Kreuz und quer.
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#5 Re: Ameisen als Pioniere der Navigationsforschung

Beitrag von Serafine » 16. Januar 2018, 22:00

Bei einigen Ameisen wurde mittlerweile wohl auch nachgewiesen, dass sie sich wie Bienen am "optical flow" orientieren (würde mal davon ausgehen, dass das bei den meisten Ameisen der Fall sein dürfte, zumindest als Teil der verschiedenen Orientierungssysteme die eine einzelne Ameise besitzt).
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#6 Re: Ameisen als Pioniere der Navigationsforschung

Beitrag von Saskia80 » 17. Januar 2018, 16:17

trailandstreet hat geschrieben:Alleine wenn man betrachtet, in was für einer Welt sich die Ameisen bewegen im Verhältnis zu uns, da wird einem dann schon klar, was eine einfache Wiese für ein Riesen Dschungel ist. Immerhin furagieren die ja nicht sm Boden, sondern auch an den Halmen auf und ab.
Das entspräche dem, als würden wir uns auf und ab an den Bäumen bewegen und die stehen nicht nur nebeneinander, sondern liegen Kreuz und quer.


Ja das stimmt schon. Das ist wirklich unglaublich was Ameisen so alles können - ganz ohne Computeranimationen. :D
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