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Verhaltensforschung: Winkelmesser

Um den Artgenossen den Weg zu einer Futterquelle zu weisen, legen Pharaoameisen Duftspuren aus. Doch wie verschlüsseln sie, welche Fährte des Labyrinths in die Wildnis oder zurück zum Nest führt? Offenbar gibt der Winkel den entscheidenden Wink.
Ameisen nutzen chemische, visuelle und sogar magnetische Hinweise, um sich in ihren Jagdgründen zurecht zu finden. Kommen Duftbahnen verfolgende Insekten vom rechten Pfad ab, korrigieren einige einfach ihren Kurs, indem sie sich Zeichen aus der Umgebung (Landmarken und Sonnenkompass) in Erinnerung rufen. Verlassen sich Arten hingegen gänzlich auf den mit Pheromonen markierten Weg, fällt es ihnen möglicherweise schwerer, sich neu zu orientieren. Notfalls könnten sie den Pfad bis zum Endpunkt beschreiten. Doch ein solch langer Ausflug zum Bestimmen der Richtung wäre kostenintensiv. Die bessere Lösung: "Straßen" mit eingebautem Wegweiser. Diese würden nicht nur eine Zeitersparnis bedeuten, sondern auch das Risiko senken, Räubern zum Opfer zu fallen.

Ameisen-Wegenetz | In der Geometrie ihrer Duftspuren verschlüsseln Pharaoameisen (Monomorium pharaonis) Richtungsangaben: Sie legen ein Straßennetz an, dessen Weggabelungen in einem Winkel von 53 Grad auseinander laufen.
Um derartige "Hinweisschilder" zu installieren, könnten die Ameisen ein Konzentrationsgefälle des Pheromons einsetzen. Doch auch in der Geometrie der Spuren ließen sich Richtungsangaben verschlüsseln. Denn die meisten Fährten legenden Insekten produzieren komplexe Wegenetze, die das Jagdgebiet regelrecht durchziehen. Tatsächlich teilen sich vier Ameisenarten, darunter drei verschiedene Blattschneiderameisen, ein gemeinsames geometrisches Kennzeichen: Der durchschnittliche Winkel zwischen jenen Abzweigungen, die vom Nest ausstrahlen, beträgt 50 bis 60 Grad, enthüllte eine frühere Studie.

Offenbar verfolgen die Kolonien der Pharaoameise (Monomorium pharaonis) beim Ausbringen ihrer Duftspuren eine ähnliche Strategie, fanden Duncan Jackson und seine Kollegen von der Universität Sheffield heraus. Noch bevor diese Insekten eine Nahrungsquelle aufgespürt haben, legen sie ein Straßennetz an, wobei die Weggabelungen in einem Winkel von 53 Grad auseinander laufen. Verlassen die Tiere das Nest und gelangen auf ihren Erkundungstouren an eine solche Kreuzung, haben sie die Wahl zwischen zwei Pfaden: Jeder knickt in einem Winkel von etwa 30 Grad von der bisherigen Laufrichtung ab.

Monomorium pharaonis | Um sich in ihren Jagdgründen zurecht zu finden, nutzen Pharaoameisen (Monomorium pharaonis) chemische Hinweise.
Auch auf dem Heimweg können sich die Ameisen zwischen zwei Fährten entscheiden, allerdings zweigt die eine in einem kleinen Winkel von 30 Grad von der ursprünglich eingeschlagenen Richtung ab, die andere hingegen in einem großen Winkel von 120 Grad. Letztere Spur würde unweigerlich in die "Wildnis" führen. Nur der Pfad mit spitzem Winkel endet am Nest. Diese Differenz könnte es den Insekten ermöglichen, den korrekten Weg nach Hause einzuschlagen.

In einer Reihe von Experimenten überprüften die Forscher, ob sich die Winkel-Geometrie tatsächlich auf das Orientierungsvermögen der Pharaoameisen auswirkt. Zunächst setzten sie ihre satten oder hungrigen Versuchstiere jeweils einzeln in einem natürlichen Wegenetz aus und beobachteten, ob sich diese neu auszurichten vermögen, wenn sie anfangs den falschen Pfad entlang spazierten. Das eindeutige Ergebnis: Die meisten – nämlich 70 Prozent – waren zu einem Kurswechsel in der Lage: Entweder erfolgte die Kehrtwende direkt an oder nach einem Knotenpunkt. Die Kreuzungen scheinen somit eine wichtige Rolle als Anhaltspunkte zu spielen.

Im zweiten Versuch erlaubten die Wissenschaftler Individuen mit gefülltem oder leerem Magen, auf extra angelegten geradlinigen oder verzweigten Fährten zu wandeln. Verliefen die Spuren strikt geradeaus, vollzogen von 200 Insekten nur 6,5 Prozent eine Kursänderung. Im Gegensatz dazu rief schon eine einzige Weggabelung mit einem Winkel von 55 Grad wesentlich mehr Neuorientierungen hervor: 43 Prozent von 100 gefütterten Ameisen machten eine Kehrtwende, wenn sie sich in die "falsche" Richtung, also vom Nest weg, bewegten. Befanden sich die Tiere auf dem "richtigen" Pfad, unternahmen hingegen nur 8 Prozent eine Kurskorrektur. Waren hungrige Ameisen unterwegs, fielen die Ergebnisse vergleichbar aus.

Um auszuschließen, dass andere Orientierungshinweise die Ergebnisse beeinflusst haben, wiederholten die Forscher die Experimente. Zuvor drehten sie die Teststrecken jedoch um 90 beziehungsweise 180 Grad im Vergleich zu der originalen Position. Doch die neuen Resultate unterschieden sich nicht signifikant von den bisherigen. Wie die Versuche bestätigen, nutzen die Pharaoameisen Pheromon-Spuren zur Orientierung statt externer Zeichen. Und offensichtlich enthalten die geradeaus führenden Straßenabschnitte keinerlei Richtungsangaben.

Im abschließenden Experiment veränderten die Wissenschaftler künstlich die Winkel der Weggabelungen. Und sie stellten fest, dass die Ameisen nun häufiger verwirrt waren. Näherte sich der Winkel dem Wert von 120 Grad, stieg der Prozentsatz der Insekten stark an, die einen falschen Kurswechsel vollzogen. Kein Wunder, denn eine Abzweigung von 120 Grad ist symmetrisch und gibt somit keine Auskunft über die Polarität.

"Das von uns entdeckte Spuren-Verzweigungssystem ist zuverlässig und viel einfacher als Pheromongradienten", betonen die Forscher um Jackson. "Unsere Ergebnisse zeigen, dass Gabelungswinkel vergleichbar jenen in natürlichen Netzwerken die besten Neuorientierungsraten liefern." Verzweigungen von nahezu 60 Grad optimieren womöglich den Ameisen-Strom durch das Wegenetz, insbesondere wenn der Verkehr in beide Richtungen fließt. Folglich – so spekulieren die Wissenschaftler – könnten Spurenlabyrinthe evolutionär verbessert worden sein, um einen effizienten Ressourcen-Fluss zum Nest zu erzielen.

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