Polarisation des Sonnenlichts und Schrittzähler: Wie Waldameisen navigieren

Strategien der Insekten können für bionische Entfernungsmesser und für eine Optimierung von logistischen Prozessen genutzt werden

Zürich (Schweiz)/Ulm - 100 Meter können eine sehr weite Strecke sein. Zumindest für Ameisen. Um den richtigen Weg von einer Futterquelle bis zum Nest einzuschlagen, nutzen sie den Stand der Sonne und zählen dann die Anzahl ihrer Schritte. Schweizerische und deutsche Forscher entdeckten nun diese Navigationsmethode bei Beobachtungen der Hochgeschwindigkeits-Wüstenameisen der Art Cataglyphis fortis. Diese biologischen Versionen von Kompass und Entfernungsmesser erläutern sie in der Zeitschrift "Science".

"Wir manipulierten die Länge der Beine und damit die Schrittlänge frei laufenden Ameisen", schreiben Matthias Wittlinger und seine Kollegen von den Universitäten in Ulm und Zürich. Ameisen mit gekürzten Beinen liefen dementsprechend nicht weit genug und bestelzte Artgenossen schossen gar über ihr Ziel hinaus. Allerdings lernten die Tiere recht schnell und fanden trotz der veränderten Beinlänge bald wieder die richtige Distanz. Da die Ameisen ihre Beine sehr schnell bewegen, griffen die Zoologen zu einer Hochfrequenz-Videokamera. Die Aufnahmen belegten eindeutig, dass Tiere mit verlängerten beziehungsweise verkürzten Beinen - "Stelzentiere" bzw. "Stummelbeintiere" - entsprechend längere oder kürzere Strecken zurücklegten. Das Zählen der Schritte erfolgte dabei über die Integration der Schritte, die die Ameise beim Lauf ausführt. Den genaue Prozess des Zählens müssen die Forscher jedoch erst entschlüsseln.

Schon in früheren Versuchen waren die Forscher der Richtungsnavigation auf die Schliche gekommen. Aus Feldstudien in Maharès in Tunesien folgerten sie, dass der Ameisenkompass mit einem für den Menschen unsichtbaren Lichtphänomen am Himmel funktioniert. Die Tiere nehmen das Polarisationsmuster des Sonnenlichts am Himmel wahr, woraus sie eindeutig die Richtung für ihren Weg erschließen können.

In weiteren Schritten wollen die Forscher nun untersuchen, wie die Schrittzahl sinnesphysiologisch gemessen und neurophysiologisch verrechnet wird. Die Rolle von mechanischen Sinnesorganen an und in den Beingelenken sowie die neuronalen motorischen Schrittgeneratoren soll dabei entschlüsselt werden. Die Erklärung des Schrittintegrators ist dabei nicht nur für die Grundlagenforschung interessant, sondern auch für die Entwicklung technischer Navigationssysteme. Denn Radfahrzeuge und Laufroboter sehen sich in unebenem Gelände ähnlichen Schwierigkeiten der Odometrie, der Entfernungsmessung, ausgesetzt wie die auf schlanken Beinen rennenden Wüstenameisen.

Ameisen dienten bereits Entwicklern von Siemens als Vorbild für ausgeklügelte Logistikprozesse, um die Pünktlichkeit von Warenlieferungen zu verbessern. Im Computer erstellten sie Simulationsprogramme, die das Verhalten von Ameisen und Wespen nachahmten. Wie erste Tests zeigten, kann man mit den naturnahen Algorithmen die Anzahl pünktlicher Lieferungen annähernd verdoppeln. Selbst bei komplexen Liefervorgängen, die sich aus ganz unterschiedlichen Waren und Komponenten zusammensetzen, arbeitet die Software mittlerweile zuverlässig.