@phdthesis{Weidenmueller2001,
  author    = {Weidenm{\"u}ller, Anja},
  title     = {From individual behavior to collective structure},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-2448},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2001},
  abstract  = {The social organization of insect colonies has long fascinated naturalists. One of the main features of colony organization is division of labor, whereby each member of the colony specializes in a subset of all tasks required for successful group functioning. The most striking aspect of division of labor is its plasticity: workers switch between tasks in response to external challenges and internal perturbations. The mechanisms underlying flexible division of labor are far from being understood. In order to comprehend how the behavior of individuals gives rise to flexible collective behavior, several questions need to be addressed: We need to know how individuals acquire information about their colony's current demand situation; how they then adjust their behavior according; and which mechanisms integrate dozens or thousands of insect into a higher-order unit. With these questions in mind I have examined two examples of collective and flexible behavior in social bees. First, I addressed the question how a honey bee colony controls its pollen collection. Pollen foraging in honey bees is precisely organized and carefully regulated according to the colony's needs. How this is achieved is unclear. I investigated how foragers acquire information about their colony's pollen need and how they then adjust their behavior. A detailed documentation of pollen foragers in the hive under different pollen need conditions revealed that individual foragers modulate their in-hive working tempo according to the actual pollen need of the colony: Pollen foragers slowed down and stayed in the hive longer when pollen need was low and spent less time in the hive between foraging trips when pollen need of their colony was high. The number of cells inspected before foragers unloaded their pollen load did not change and thus presumably did not serve as cue to pollen need. In contrast, the trophallactic experience of pollen foragers changed with pollen need conditions: trophallactic contacts were shorter when pollen need was high and the number and probability of having short trophallactic contacts increased when pollen need increased. Thus, my results have provided support for the hypothesis that trophallactic experience is one of the various information pathways used by pollen foragers to assess their colony's pollen need. The second example of collective behavior I have examined in this thesis is the control of nest climate in bumble bee colonies, a system differing from pollen collection in honey bees in that information about task need (nest climate parameters) is directly available to all workers. I have shown that an increase in CO2 concentration and temperature level elicits a fanning response whereas an increase in relative humidity does not. The fanning response to temperature and CO2 was graded; the number of fanning bees increased with stimulus intensity. Thus, my study has evidenced flexible colony level control of temperature and CO2. Further, I have shown that the proportion of total work force a colony invests into nest ventilation does not change with colony size. However, the dynamic of the colony response changes: larger colonies show a faster response to perturbations of their colony environment than smaller colonies. Thus, my study has revealed a size-dependent change in the flexible colony behavior underlying homeostasis. I have shown that the colony response to perturbations in nest climate is constituted by workers who differ in responsiveness. Following a brief review of current ideas and models of self-organization and response thresholds in insect colonies, I have presented the first detailed investigation of interindividual variability in the responsiveness of all workers involved in a collective behavior. My study has revealed that bumble bee workers evidence consistent responses to certain stimulus levels and differ in their response thresholds. Some consistently respond to low stimulus intensities, others consistently respond to high stimulus intensities. Workers are stimulus specialists rather than task specialists. Further, I have demonstrated that workers of a colony differ in two other parameters of responsiveness: response probability and fanning activity. Response threshold, response probability and fanning activity are independent parameters of individual behavior. Besides demonstrating and quantifying interindividual variability, my study has provided empirical support for the idea of specialization through reinforcement. Response thresholds of fanning bees decreased over successive trials. I have discussed the importance of interindividual variability for specialization and the collective control of nest climate and present a general discussion of self-organization and selection. This study contributes to our understanding of individual behavior and collective structure in social insects. A fascinating picture of social organization is beginning to emerge. In place of centralized systems of communication and information transmission, insect societies frequently employ mechanisms based upon self-organization. Self-organization promises to be an important and unifying principle in physical, chemical and biological systems.},
  subject      = {Hummeln},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Kleinhenz2008,
  author    = {Kleinhenz, Marco},
  title     = {W{\"a}rme{\"u}bertragung im Brutbereich der Honigbiene (Apis mellifera)},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-26866},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2008},
  abstract  = {In dieser Arbeit untersuche ich das Verhalten von Arbeiterbienen beim Brutw{\"a}rmen, die W{\"a}rme{\"u}bertragung von den Bienen auf die gedeckelte Brut, die thermophysikalischen Eigenschaften des Brutnests und spezielle Aspekte des Brutnestaufbaus, die f{\"u}r dieses Thema relevant sind und bisher nicht untersucht wurden. Meine Arbeit umfasst Verhaltensbeobachtungen und thermografische Messungen an individuellen Bienen, die Simulation des Heizverhaltens von Arbeiterinnen und das Messen der Temperatur{\"a}nderungen in der Wabe, die Messung der thermophysikalischen Eigenschaften der Brutwabe und der Zellw{\"a}nde (W{\"a}rmeleitf{\"a}higkeit und Durchl{\"a}ssigkeit f{\"u}r W{\"a}rmestrahlung), die Auswertung von Brutzelltemperaturen als Ergebnis des Verhaltens von Arbeiterbienen, die Analyse der Anzahl und der r{\"a}umlichen Verteilung von Brutl{\"u}cken (Auswertung in 2-D und 3-D bez{\"u}glich beider Wabenseiten) und die Entwicklung spezifischer Computersoftware, die zur Erarbeitung dieser Ergebnisse unverzichtbar ist. Ein wichtiges Ergebnis dieser Arbeit ist die Entdeckung und Beschreibung eines bemerkenswerten, bislang unbekannten Verhaltens der Honigbiene: Die Aufrechterhaltung hoher Thoraxtemperaturen (TTh) bei Langzeitbesuchen in offenen Zellen („L{\"u}cken") die verstreut in der gedeckelten Brutfl{\"a}che vorkommen. Hier zeige ich, dass die Aufrechterhaltung der hohen TTh nicht auf den Zellinhalt (z. B. offene Brut) bezogen ist - in den meisten F{\"a}llen waren die besuchten Zellen ohnehin leer - sondern auf die direkt benachbarte gedeckelte Brut, mit der diese Zellen {\"u}ber gemeinsame Zellw{\"a}nde in Kontakt stehen. Dieses Verhalten liefert eine Erkl{\"a}rung f{\"u}r Langzeitzellbesuche von sehr langer Dauer ohne erkennbare Aktivit{\"a}t, die in fr{\"u}heren Arbeiten beschrieben aber nicht v{\"o}llig verstanden wurden, und es rehabilitiert die scheinbar „faulen" Bienen im Zellinnern. Diesem Verhalten kommt eine große Bedeutung f{\"u}r das Brutw{\"a}rmen zu, da sich der aufgeheizte Thorax tief in der Wabe (fast an der Mittelwand) befindet wo der W{\"a}rmeverlust an die Luft minimiert ist und von wo bis zu 6 umliegende Puppenzellen gleichzeitig gew{\"a}rmt werden k{\"o}nnen. Im Vergleich zum Brutw{\"a}rmeverhalten an der Wabenoberfl{\"a}che (Andr{\"u}cken des Thorax an die Brutdeckel), wo nur 1 oder Teile von 3 Brutdeckeln mit dem Thorax in Ber{\"u}hrung stehen, ist das W{\"a}rmen im Zellinnern mit derselben TTh bis zu 2,6-fach effizienter. Die Messung der thermophysikalischen Eigenschaften der Brutwabe und die Simulation des Brutw{\"a}rmeverhaltens unter kontrollierten Bedingungen zeigen, dass sich die Wabe langsam aufw{\"a}rmt und eher ein lokal begrenztes W{\"a}rmen als eine rasche W{\"a}rmeausbreitung {\"u}ber eine große Fl{\"a}che beg{\"u}nstigt. Der Einflussbereich eines einzelnen Zellbesuchers h{\"a}ngt von seiner TTh und der Dauer des Zellbesuchs ab. Anstiege der Bruttemperatur in bis zu 3 Zellen Abstand zum Zellbesucher sind nachweisbar. Das hier beschriebene Brutw{\"a}rmeverhalten im Innern von L{\"u}cken (offenen Zellen) bietet nicht nur neue Einsichten in das Bienenverhalten. Es erm{\"o}glicht auch eine Neubewertung der L{\"u}cken und ihrer N{\"u}tzlichkeit f{\"u}r die Bienen. Eine von mir entwickelte Computersoftware („CombUse 2.0") erm{\"o}glicht es, das Vorkommen und die r{\"a}umliche Verteilung von L{\"u}cken mit hoher Genauigkeit auf der Ebene einzelner Zellen zu erfassen und auszuwerten. Die r{\"a}umliche Verteilung der L{\"u}cken in der gedeckelten Brutfl{\"a}che zeigt, dass schon bei geringen L{\"u}ckenh{\"a}ufigkeiten von ca. 4 bis 10 \%, die in gesunden Kolonien normal sind, eine {\"u}berraschend große Zahl gedeckelter Brutzellen (88 \% bis 99 \%, wenn die dreidimensionale Verteilung ber{\"u}cksichtigt wird) im Einflussbereich von Brut w{\"a}rmenden Zellbesuchern sind. Obwohl das Brutw{\"a}rmeverhalten im Zellinnern schwer zu entdecken und zu beobachten ist, f{\"u}hren die in dieser Arbeit pr{\"a}sentierten Daten zu dem Schluss, dass es sich dabei um einen wichtigen Bestandteil der Nestklimatisierung bei Honigbienen handelt.},
  subject      = {Biene <Gattung>},
  language  = {de}
}