Nicht nur der Wind zeigt den Weg
Bio-News vom 25.06.2019
Wenn der südafrikanische Dungkäfer seine Dungkugel vor sich her rollt, muss er den Weg möglichst präzise kennen. Dass er sich dabei nicht allein am Sonnenstand orientiert, haben jetzt Wissenschaftler entdeckt.
Der südafrikanische Dungkäfer Scarabaeus lamarcki hat eine – gelinde gesagt – interessante Technik, seinem Nachwuchs den Start ins Leben zu sichern. Stößt das wenige Zentimeter große Tier beispielsweise auf Elefantenmist, formt es kleine Bälle daraus, die es anschließend rückwärts vor sich her schiebt. Den Mist stopft der Käfer in unterirdische Gänge, die ihm als Brutkammer dienen; dort legt er anschließend seine Eier ab.
Wie der Dungkäfer seinen Weg vom Elefantenhaufen hin zu den Gängen findet: Dafür interessiert sich Dr. Basil el Jundi. Der Neurobiologe leitet am Biozentrum der Julius-Maximilians-Universität Würzburg (JMU) eine Emmy-Noether-Nachwuchsgruppe und erforscht das Navigationsvermögen von Insekten.
Gemeinsam mit Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern aus Schweden und Südafrika hat er jetzt entdeckt, dass sich der Dungkäfer – anders als bisher angenommen – auf seiner Wanderung nicht ausschließlich am Sonnenstand orientiert, sondern auch Informationen über die Windrichtung in seine Streckenplanung einbezieht. Ihre neuen Erkenntnisse haben die Forscher in der aktuellen Ausgabe der Fachzeitschrift PNAS – Proceedings of the National Academy of Sciences veröffentlicht.
Publikation:
Marie Dacke, Adrian T. A. Bell, James J. Foster, Emily J. Baird, Martin F. Strube-Bloss, Marcus J. Byrne, and Basil el Jundi
Multimodal cue integration in the dung beetle compass
PNAS, 24. Juni 2019
Auf gerader Strecke weg von dem Dunghaufen
„Südafrikanische Dungkäfer müssen ihre Dungkugel möglichst zügig von dem Dunghaufen wegrollen, um so zu verhindern, dass die Kugel von anderen Käfern gestohlen wird“, erklärt el Jundi. Um sicher zu stellen, dass sie sich tatsächlich schnellstmöglich aus dem Gefahrraum entfernen, rollen die Käfer die Kugel entlang einer geraden Linie vom Dunghaufen weg. Um ihren Kurs zu halten, nutzen sie dabei Himmelssignale als Orientierungsmarke – beispielsweise den Stand der Sonne. Unklar war bisher allerdings, wie die Käfer ihren Weg finden, wenn die Sonne keine brauchbaren Informationen liefert, etwa wenn sie mittags im Himmelszenit steht.
Die Antwort auf diese Frage können Basil el Jundi und sein Team jetzt geben: „Wir haben herausgefunden, dass Dungkäfer zusätzlich zum Himmel auch den Wind zur Orientierung nutzen.“ Die entsprechenden Signale nehmen die Tiere über ihre Antennen wahr – zwei lange, empfindliche Fühler, die seitlich rechts und links vom Kopf abstehen. Die notwendigen Informationen liefern hohe Windstärken, die in der afrikanischen Savanne besonders um die Mittagszeit auftreten, also dann, wenn die Orientierung an der Sonne schwierig wird.
Die Kombination der Systeme erhöht die Präzision
Um allerdings einen effizienten und robusten „Kompass“ zu erzeugen, müssen die Tiere die Windinformation mit den übrigen Himmelssignalen kombinieren und in Einklang bringen. Nur so ist gewährleistet, dass sie auch bei einer plötzlichen Windstille noch ihren Weg finden, indem sie flexibel zurück auf den Sonnenkompass als Hauptorientierungssignal wechseln. Wie die Forscher zeigen konnten, erleichtert diese Kombination unterschiedlicher Orientierungssysteme dem Käfer nicht nur die Wegfindung. Tatsächlich steigert sie auch die Präzision des Käferkompasses.
Für ihre Studie haben die Wissenschaftler mit einer Laborarena gearbeitet, in der sie Sonnenstand und Wind nach Belieben simulieren und deren Auswirkungen auf das Navigieren der Käfer präzise erfassen konnten. Ihre Experimente zeigen nicht nur, dass die Käfer die Windrichtungsinformation relativ zur Sonnenposition setzen. „Vielmehr konnten wir noch zusätzlich zeigen, dass die Käfer die Richtungsinformation, die sie mit Hilfe der Sonne als einzige Referenz gesetzt haben, auf den Windkompass transferieren können“, sagt el Jundi. Dies zeige, dass sowohl der Wind- als auch der Sonnenkompass im Käfergehirn auf das gleiche räumliche Gedächtnis „zugreifen“ und demnach miteinander kommunizieren.
Eine hochplastische neuronale Maschinerie
Somit zeigt die jetzt veröffentlichte Studie, dass Dungkäfer einen weitaus dynamischeren Kompass nutzen, als es die Wissenschaft bisher für möglich gehalten hat. Der Zugriff auf verschiedene sensorische Einflüsse ermöglicht den Tieren, zu jeder Zeit mit höchster Präzision zu navigieren. Ihre Fähigkeiten übersteigen dabei menschliche Fähigkeiten deutlich – und das, obwohl sie mit einem Gehirn ausgestattet sind, das kleiner ist als ein Reiskorn. Darüber hinaus bestätigen die Ergebnisse, dass es sich bei einem Insektengehirn um kein „statisches Substrat“ handelt, sondern um eine „hochplastische neuronale Maschinerie, die sich formidabel an die Umgebung anpassen kann“, wie die Wissenschaftler schreiben.
Die Kombination der Systeme erhöht die Präzision
Um allerdings einen effizienten und robusten „Kompass“ zu erzeugen, müssen die Tiere die Windinformation mit den übrigen Himmelssignalen kombinieren und in Einklang bringen. Nur so ist gewährleistet, dass sie auch bei einer plötzlichen Windstille noch ihren Weg finden, indem sie flexibel zurück auf den Sonnenkompass als Hauptorientierungssignal wechseln. Wie die Forscher zeigen konnten, erleichtert diese Kombination unterschiedlicher Orientierungssysteme dem Käfer nicht nur die Wegfindung. Tatsächlich steigert sie auch die Präzision des Käferkompasses.
Für ihre Studie haben die Wissenschaftler mit einer Laborarena gearbeitet, in der sie Sonnenstand und Wind nach Belieben simulieren und deren Auswirkungen auf das Navigieren der Käfer präzise erfassen konnten. Ihre Experimente zeigen nicht nur, dass die Käfer die Windrichtungsinformation relativ zur Sonnenposition setzen. „Vielmehr konnten wir noch zusätzlich zeigen, dass die Käfer die Richtungsinformation, die sie mit Hilfe der Sonne als einzige Referenz gesetzt haben, auf den Windkompass transferieren können“, sagt el Jundi. Dies zeige, dass sowohl der Wind- als auch der Sonnenkompass im Käfergehirn auf das gleiche räumliche Gedächtnis „zugreifen“ und demnach miteinander kommunizieren.
Eine hochplastische neuronale Maschinerie
Somit zeigt die jetzt veröffentlichte Studie, dass Dungkäfer einen weitaus dynamischeren Kompass nutzen, als es die Wissenschaft bisher für möglich gehalten hat. Der Zugriff auf verschiedene sensorische Einflüsse ermöglicht den Tieren, zu jeder Zeit mit höchster Präzision zu navigieren. Ihre Fähigkeiten übersteigen dabei menschliche Fähigkeiten deutlich – und das, obwohl sie mit einem Gehirn ausgestattet sind, das kleiner ist als ein Reiskorn. Darüber hinaus bestätigen die Ergebnisse, dass es sich bei einem Insektengehirn um kein „statisches Substrat“ handelt, sondern um eine „hochplastische neuronale Maschinerie, die sich formidabel an die Umgebung anpassen kann“, wie die Wissenschaftler schreiben.
Diese Newsmeldung wurde via Informationsdienst Wissenschaft erstellt.
