Das dynamische Zusammenspiel von Erdmagnetfeld und Himmelskompass zur Navigation bei Cataglyphis-Ameisen

• Antragstellerin: Dr. Pauline Fleischmann
• Fachliche Zuordnung: Biologie des Verhaltens und der Sinne
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 422729997

Erfolgreiche Navigation ist eine Herausforderung für alle mobilen Tiere. Cataglyphis-Ameisen sind berühmte Versuchsmodelle für Navigation mittels Wegintegration. Einzelne Ameisen verlassen den Nesteingang – ein kleines Loch im Boden, das sie nicht sehen können – um Futter zu suchen. Sie kehren in einer geraden Linie zum Nest zurück, wenn sie Futter gefunden haben. Futtersuchende Ameisen nutzen den Himmelskompass (z.B. das Polarisationsmuster sowie den Stand der Sonne), um Richtungen zu bestimmen, und messen die Entfernungen mittels eines Schrittzählers. Neben dieser beeindruckenden Navigationsleistung während der Futtersuche, führen sie ein weiteres bemerkenswertes Verhalten aus, wenn sie das Nest erstmals verlassen, sogenannte Lernläufe. Dabei laufen die Ameisen in kurzen Schlaufen um den Nesteingang währenddessen sie kein Futter suchen, sondern die Umgebung erkunden. Bevor die Ameisen sich dann für die Futtersuche weit vom Nest entfernen, vollführen sie einige Lernläufe, um das Landmarkenpanorama zu lernen und ihre visuellen Kompasssysteme zu kalibrieren. Lernläufe beinhalten Pirouetten, d.h. Voll- oder Teildrehungen um die Körperachse, die immer wieder von kurzen Stoppphasen unterbrochen sind. Während der längsten dieser Stoppphasen schauen die Ameisen zum Nesteingang zurück – vermutlich um sich ihre Heimrichtung einzuprägen. Kürzlich wurde gezeigt, dass Cataglyphis-Ameisen das Erdmagnetfeld als Referenzsystem nutzen, um ihre Blickrichtungen während der Lernlaufpirouetten auszurichten. Das bedeutet, dass Cataglyphis mindestens zwei unterschiedliche Kompasssysteme für die Wegintegration nutzt – einen Magnet- sowie einen Himmelskompass. Der Himmelskompass ist saisonal und geographisch variabel und muss anfangs kalibriert werden. Das Erdmagnetfeld hingegen steht im Prinzip als geostabile Referenz schon im dunklen Nest zur Verfügung. Warum besitzen Cataglyphis-Ameisen zwei Kompasssysteme, und wie sind diese miteinander verknüpft? – Diese Frage ist der Ausgangspunkt des Projekts. Zuerst wollen wir den kürzlich entdeckten Magnetkompass mittels Manipulationsversuchen im Freiland genauer untersuchen. Dann werden wir Lernläufe von naiven Ameisen mit denen von erfahrenen Tieren vergleichen, sowohl mittels High-speed-Videoaufnahmen im Freiland als auch im Labor. Schließlich wollen wir die Rolle des Magnet- und des Himmelskompass während der Lernläufe sowohl verhaltens- als auch neurobiologisch analysieren. Wir erwarten wertvolle Erkenntnisse über den neuentdeckten Magnetkompass, über das dynamische Zusammenspiel der beiden Kompasssysteme, die für Wegintegration genutzt werden, sowie über neuronale Grundlagen, die das Navigationsverhalten von Cataglyphis-Ameisen ermöglichen. Diese Ergebnisse werden von großem Interesse sein, sowohl für die neuroethologische Erforschung von Insektennavigation, als auch für die sensorische Biologie, die sich mit dem Magnetsinn befasst, und bilden damit den Anfang einer neuen Forschungsrichtung.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen