TY  - THES
A1  - Röschard, Jacqueline
T1  - Cutter, carriers and bucket brigades ...
T1  - Fouragierentscheidungen der grasschneidenden Ameise Atta vollenweideri
N2  - This study investigates the foraging behaviour of grass-cutting ants, Atta vollenweideri, with specific consideration of the following issues: (a) cutting behaviour and the determination of fragment size, (b) the effect of load size on transport economics, (c) division of labour and task-partitioning. Grass-cutting ants, Atta vollenweideri, harvest grass fragments that serve as substrate for the cultivation of a symbiotic fungus. Foragers were observed to cut grass fragments across the blade, thus resulting in longish, rectangular-shaped fragments in contrast to the semicircular fragments of leaf-cutting ants. Cutting was very time-consuming: In tough grasses like the typical grassland species Paspallum intermedium and Cyperus entrerrianus, cutting times lasted up to more than 20 minutes per fragment and roughly half of all initiated cutting attempts were given up by the ants. Foragers harvesting the softer grass Leersia hexandra were smaller than those foraging on the hard grasses. Fragment size determination and the extent of size-matching between ant body size and fragment size was investigated regarding possible effects of tissue toughness on decision-making and as a function of the distance from the nest. Tissue toughness affected decision-making such that fragment width correlated with ant body mass for the hard grass but not for the soft one, suggesting that when cutting is difficult, larger ants tend to select wider grasses to initiate cutting. The length of the fragments cut out of the two grass species differed statistically, but showed a large overlap in their distribution. Distance from the nest affected load size as well as the extent of size-matching: Fragments collected directly after cutting were significantly larger than those carried on the trail. This indicates that fragments were cut once again on their way to the nest. Size-matching depended on the trail sector considered, and was stronger in ants sampled closer to the nest, suggesting that carriers either cut fragments in sizes corresponding to their body mass prior transport, or transferred them to nestmates of different size after a short carrying distance. During transport, a worker takes a fragment with its mandibles at one end and carries it in a more or less vertical position. Thus, load length might particularly affect maneuverability, because of the marked displacement of the gravitational center. Conversely, based on the energetic of cutting, workers might maximise their individual harvesting rate by cutting long grass fragments, since the longer a grass fragment, the larger is the amount of material harvested per unit cutting effort. I therefore investigated the economics of load transport by focusing on the effects of load size (mass and length) on gross material transport rate to the nest. When controlling for fragment mass, both running speed of foragers and gross material transport rate was observed to be higher for short fragments. In contrast, if fragment mass was doubled and length maintained, running speed differed according to the mass of the loads, with the heavier fragments being transported at the lower pace. For the sizes tested, heavy fragments yielded a higher transport rate in spite of the lower speed of transport, as they did not slow down foragers so much that it counterbalanced the positive effects of fragment mass on material transport rate. The sizes of the fragments cut by grass-cutting ants under natural conditions therefore may represent the outcome of an evolutionary trade-off between maximising harvesting rate at the cutting site and minimising the effects of fragment size on material transport rates. I investigated division of labour and task partitioning during foraging by recording the behaviour of marked ants while cutting, and by monitoring the transport of fragments from the cutting until they reached the nest. A. vollenweideri foragers showed division of labour between cutting and carrying, with larger workers cutting the fragments, and smaller ones transporting them. This division was absent for food sources very close to the nest, when no physical trail was present. Along the trail, the transport of fragment was a partitioned task, i.e., workers formed bucket brigades composed of 2 to 5 carriers. This sequential load transport occurred more often on long than on short trails. The first carriers of a bucket brigade covered only short distances before dropping their fragments, turned back and continued foraging at the same food source. The last carriers covered the longest distance. There was no particular location on the trail for load dropping , i.e., fragments were not cached. I tested the predictions of two hypotheses about the causes of bucket brigades: First, bucket brigades might occur because of load-carriage effects: A load that is too big for an ant to be carried is dropped and carried further by nestmates. Second, fragments carried by bucket brigades might reach the nest quicker than if they are transported by a single carrier. Third, bucket brigades might enhance information flow among foragers: By transferring the load a worker may return earlier back to the foraging site and be able to reinforce the chemical trail, thus recruitment. In addition, the dropped fragment itself may contain information for unladen foragers about currently harvested sources and may enable them to choose between sources of different quality. I investigated load-carriage effects and possible time-saving by presenting ants with fragments of different but defined sizes. Load size did not affect frequency of load dropping nor the distance the first carrier covered before dropping, and transport time by bucket brigades was significantly longer than by single carriers. In order to study the information transfer hypothesis, I presented ants with fragments of different attractivity but constant size. Ants carrying high-quality fragments would be expected to drop them more often than workers transporting low-quality fragments, thus increasing the frequency of bucket brigades. My results show that increasing load quality increased the frequency of bucket brigades as well as it decreased the carrying distance of the first carrier. In other words, more attractive loads were dropped more frequently and after a shorter distance than less attractive ones with the first carriers returning to the foraging site to continue foraging. Summing up, neither load-carriage effects nor time-saving caused the occurrence of bucket brigades. Rather, the benefit might be found at colony level in an enhanced information flow.
N2  - Die vorliegende Dissertation untersucht das Sammelverhalten der grasschneidenden Ameise Atta vollenweideri, unter besonderer Berücksichtigung der folgenden Themen: (a) das Schneideverhalten und die Wahl der Fragmentgröße, (b) der Effekt der Fragmentgröße auf den Transport und (c) die Arbeitsteilung während des Sammelns. Die Grasschneiderameise Atta vollenweideri sammelt Grasfragmente, die im Nest zerkleinert werden, um darauf einen symbiotischen Pilz zu züchten. Die Sammlerinnen schnitten ihre Fragmente quer über die Halmbreite, so dass längliche, rechteckige Fragmente entstehen, im Gegensatz zu den halbkreisförmigen Fragmenten der Blattschneiderameisen. Das Schneiden war ein sehr zeitaufwendiger Prozess: Bei harten Gräsern wie die für die Savanne typischen Paspallum intermedium und Cyperus entrerrianus betrug die Schneidezeit pro Fragment bis zu 20 Minuten oder länger. Etwa die Hälfte aller begonnenen Schnitte wurde von den Ameisen aufgegeben. Sammlerinnen, die das weichere Gras Leersia hexandra ernteten, waren kleiner als diejenigen, die die harten Gräser schnitten. Ich untersuchte, inwiefern die Härte des geschnittenen Materials und die Entfernung vom Nest einen Einfluss auf die Wahl der Fragmentgröße und auf die Stärke der Korrelation zwischen Ameisen- und Fragmentgröße hat. Die Länge „harter“ und „weicher“ Fragmente unterschied sich zwar statistisch, zeigte aber eine starke Überlappung. Die Korrelation zwischen Ameisen- und Fragmentgröße existierte bei dem harten Gras, nicht jedoch bei dem weichen Gras. Das heißt, dann wenn das Schneiden schwierig wird, suchen sich größere Tiere breitere Halme zum Schneiden (bzw. kleinere Tiere schmalere Halme). Sowohl Fragmentgröße als auch die Stärke der Korrelation zwischen Fragment- und Ameisengewicht hing von der Entfernung zum Nest ab: Fragmente, die ich direkt nach dem Schneiden sammelte, waren signifikant größer als solche, die ich auf dem Trail sammelte. Dies bedeutet, dass die Fragmente auf ihrem Weg zum Nest ein zweites Mal geschnitten wurden. Die Korrelation zwischen Fragment- und Ameisengewicht war um so stärker, je näher am Nest die Tiere gesammelt wurden, was bedeutet, dass die Trägerinnen entweder die Fragmente vor dem Transport entsprechend ihrer eigenen Körpergröße geschnitten hatten, oder aber dass die Fragmente nach einer kurzen Strecke an Nestgenossinnen anderer Körpergröße übergeben wurden. Um ein Fragment zu transportieren, packen A. vollenweideri-Arbeiterinnen das Fragment mit den Mandibeln an einem Ende und halten es mehr oder weniger senkrecht. Daher ist zu vermuten, dass lange Fragmente schwieriger zu manövrieren sind, da sich der Schwerpunkt mit zunehmender Länge nach oben verschiebt. Lange Fragmente haben jedoch den Vorteil, dass die Menge an geerntetem Material pro Schneideversuch größer ist als bei kurzen; Arbeiterinnen könnten also ihre Sammelrate jedoch dadurch maximieren, dass sie möglichst lange Fragmente schneiden. Im Hinblick auf die Schneidekosten wären dann also lange Fragmente vorteilhaft, im Hinblick auf den Transport hingegen kurze. Ich untersuchte daher den Effekt der Fragmentgröße (Länge und Gewicht) auf den Transport. Waren die Fragmente gleich schwer aber unterschiedlich lang, war die Laufgeschwindigkeit der Arbeiterinnen und damit auch die Eintragsrate bei den kurzen Fragmenten höher. Wenn hingegen das Fragmentgewicht verdoppelt und die Länge konstant gehalten wurde, unterschied sich die Laufgeschwindigkeit entsprechend dem Gewicht der Fragmente: Schwere Fragmente wurden langsamer getragen als leichte. Die Transportrate hingegen war für die schwereren Fragmente höher, da der höhere Eintrag aufgrund des zusätzlichen Gewichts die langsamere Laufgeschwindigkeit aufwog. Die Fragmentgrößen, die Grasschneiderameisen unter natürlichen Bedingungen schneiden, könnten daher im Laufe der Evolution aufgrund des Kompromisses entstanden sein, einerseits die Ernterate am Schneideort zu maximieren und andrerseits die negativen Effekten der Fragmentgröße auf den Transport möglichst gering zu halten. Ich untersuchte die Arbeitsteilung während des Sammelns, indem ich das Verhalten schneidender Tiere beobachtete und indem ich den Fragmenttransport vom Schneideplatz bis zum Nest verfolgte. Schneiden und Tragen von Fragmenten wurde von unterschiedlichen Arbeiterinnengruppen durchgeführt, wobei größere Sammlerinnen die Fragmente schnitten und kleinere sie transportierten. Diese Arbeitsteilung existierte nicht, wenn die Futterquelle sehr nah war, wenn also kein sichtbarer Trail vorhanden war. Der Transport selbst war ebenfalls unterteilt: Die Trägerinnen bildeten Arbeitsketten, die aus zwei bis fünf Trägerinnen bestanden. Diese Arbeitsketten kamen häufiger auf langen als auf kurzen Trails vor. Die ersten Trägerinnen einer solchen Arbeitskette legten nur eine kurze Strecke zurück, bevor sie das Fragment ablegten oder an eine Nestgenossin abgaben. Sie kehrten dann zur gleichen Futterquelle zurück und sammelten weiter. Die letzten Trägerinnen einer Arbeitskette transportierten die Fragmente über die größte Strecke. Es gab keine speziellen Orte auf dem Trail, an denen die Fragmente abgelegt wurden. Ich testete die Voraussagen zweier Hypothesen über den Entstehungsgrund von Arbeitsketten: Nach der ersten Hypothese könnten Arbeitsketten aufgrund von Transporteffekten entstehen, wenn z. B. ein Fragment für eine Ameise zu groß ist, daher abgelegt und von Nestgenossinnen weitergetragen wird. Fragmente könnten auch durch Arbeitsketten schneller transportiert werden, als wenn ein Tier die ganze Strecke bis zum Nest läuft. Nach der zweiten Hypothese könnten Arbeitsketten den Informationsfluss unter den Sammlerinnen erhöhen: Indem sie ein Fragment abgibt, kann eine Sammlerin früher zum Ernteort zurückkehren, sie kann so die Trailmarkierung verstärken und Nestgenossinnen rekrutieren. Zudem könnten unbeladene Arbeiterinnen durch das abgelegte Fragment selbst darüber informiert werden, was gerade geerntet wird. Dies könnte den Sammlerinnen die Möglichkeit geben, zwischen Futterquellen unterschiedlicher Attraktivität zu wählen. Ich untersuchte die Transporteffekte und die mögliche Zeitersparnis, indem ich Ameisen Fragmente unterschiedlicher, jedoch definierter Größe sammeln ließ. Die Fragmentgröße hatte weder einen Einfluss auf die Wahrscheinlichkeit, dass ein Fragment abgegeben wurde, noch auf die Strecke, die es vor der Abgabe getragen wurde. Die Transportzeiten waren höher für Fragmente, die durch Arbeitsketten transportiert wurden, als für solche, die ein Tier die ganze Strecke trug. Um die Informationsfluss-Hypothese zu untersuchen, ließ ich die Ameisen Fragmente sammeln, die gleich groß jedoch unterschiedlicher Attraktivität waren. Nach dieser Hypothese würde man erwarten, dass Ameisen ihre Fragmente eher ablegen, wenn sie attraktiv sind, um dann an den Ernteort zurückzukehren, so dass Arbeitsketten häufiger bei attraktiven Fragmenten auftreten sollten als bei weniger attraktiven. Meine Ergebnisse zeigen, dass ein Anstieg in der Attraktivität der Fragmente die Häufigkeit der Arbeitsketten erhöhte und dass die Strecke, die die erste Trägerin zurücklegte, kürzer war als bei weniger attraktiven Fragmenten. Anders ausgedrückt, attraktivere Fragmente wurden häufiger und nach kürzeren Strecken abgelegt als weniger attraktive. Das bedeutet also, dass die Ursache für das Vorkommen von Arbeitsketten weder in Transporteffekten noch in einer Zeitersparnis beim Transport zu suchen ist. Es scheint vielmehr, dass der Vorteil auf Kolonieebene liegt, indem der Informationsfluss unter den Sammlerinnen erhöht wird.
KW  - Atta
KW  - Nahrungserwerb
KW  - Verhalten
KW  - Grasschneiderameise
KW  - Atta vollenweideri
KW  - Sammeln
KW  - Fouragieren
KW  - Entscheidungen
KW  - Arbeitsketten
KW  - Information
KW  - Fragmentgröße
KW  - gras-cutting ants
KW  - Atta vollenweideri
KW  - foraging
KW  - decision-making
KW  - bucket brigades
KW  - task-partitioning
KW  - load size
KW  - size-matching
KW  - information
Y1  - 2002
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-2240
ER  - 
TY  - THES
A1  - Dornhaus, Anna
T1  - The role of communication in the foraging process of social bees
T1  - Die Rolle der Kommunikation beim Fouragieren von sozialen Bienen
N2  - In the various groups of social bees, different systems of communication about food sources occur. These communication systems are different solutions to a common problem of social insects: efficiently allocating the necessary number of workers first to the task of foraging and second to the most profitable food sources. The solution chosen by each species depends on the particular ecological circumstances as well as the evolutionary history of that species. For example, the outstanding difference between the bumble bee and the honey bee system is that honey bees can communicate the location of profitable food sources to nestmates, which bumble bees cannot. To identify possible selection pressures that could explain this difference, I have quantified the benefits of communicating location in honey bees. I show that these strongly depend on the habitat, and that communicating location might not benefit bees in temperate habitats. This could be due to the differing spatial distributions of resources in different habitats, in particular between temperate and tropical regions. These distributions may be the reason why the mostly temperate-living bumble bees have never evolved a communication system that allows them to transfer information on location of food sources, whereas most tropical social bees (all honey bees and many stingless bees) are able to recruit nestmates to specific points in their foraging range. Nevertheless, I show that in bumble bees the allocation of workers to foraging is also regulated by communication. Successful foragers distribute in the nest a pheromone which alerts other bees to the presence of food. This pheromone stems from a tergite gland, the function of which had not been identified previously. Usage of a pheromone in the nest to alert other individuals to forage has not been described in other social insects, and might constitute a new mode of communicating about food sources. The signal might be modulated depending on the quality of the food source. Bees in the nest sample the nectar that has been brought into the nest. Their decision whether to go out and forage depends not only on the pheromone signal, but also on the quality of the nectar they have sampled. In this way, foraging activity of a bumble bee colony is adjusted to foraging conditions, which means most bees are allocated to foraging only if high-quality food sources are available. In addition, foraging activity is adjusted to the amount of food already stored. In a colony with full honeypots, no new bees are allocated to foraging. These results help us understand how the allocation of workers to the task of food collection is regulated according to external and internal nest conditions in bumble bees.
N2  - Innerhalb der sozialen Bienen tritt eine Vielzahl verschiedender Systeme zur Kommunikation über Futterquellen auf. Diese Kommunikationssysteme sind verschiedene Lösungen eines Problems, mit dem alle sozialen Insekten konfrontiert sind: wie lässt sich regulieren, daß die benötigte Anzahl an Arbeiterinnen der Aufgabe des Futtersammelns, und dazu möglichst den besten vorhandenen Futterquellen, zugeteilt wird? Die von einer Art gewählte Lösung hängt von den speziellen ökologischen Rahmenbedingungen, aber auch von der evolutionären Vorgeschichte dieser Art ab. Ein herausragender Unterschied zwischen Honigbienen und Hummeln beispielsweise ist, daß Honigbienen den Ort einer profitablen Futterquelle ihren Nestgenossinnen mitteilen können, was Hummeln nicht tun. Um Selektionsdrücke zu identifizieren, die diesen Unterschied bewirken könnten, habe ich den Nutzen einer solchen Kommunikation quantifiziert. Es zeigt sich, daß dieser Nutzen stark vom Habitat der Bienen abhängt, und daß Kommunikation über den Ort von Futterquellen in temperaten Habitaten unter Umständen keine Vorteile für Bienen bedeutet. Das könnte daran liegen, daß sich die räumliche Verteilung der Ressourcen zwischen Habitaten, und besonders zwischen temperaten Gebieten und den Tropen, unterscheidet. Dieser Umstand könnte der Grund dafür sein, daß die hauptsächlich in temperaten Regionen lebenden Hummeln nie eine Methode zur Kommunikation von Information über den Ort von Futterquellen evolviert haben, während die meisten tropischen sozialen Bienenarten (alle Honigbienen und viele stachellose Bienen) Nestgenossinnen zu bestimmten Orten rekrutieren können. Jedoch stellte sich in meinen Experimenten heraus, daß auch bei Hummeln die Zuordnung von Arbeiterinnen zur Aufgabe des Futtersammelns über Kommunikation reguliert wird. Erfolgreiche Sammlerinnen produzieren ein Pheromon, welches andere Hummeln auf die Präsenz einer Futterquelle aufmerksam macht. Dieses Pheromon stammt aus einer Tergaldrüse am Abdomen, deren Funktion bisher nicht bekannt war. Die Benutzung eines Pheromons zur Kommunikation über Futterquellen im Nest ist von anderen sozialen Insekten bisher nicht bekannt. Das Pheromonsignal wird vermutlich abhängig von der Qualität der Futterquelle moduliert. Hummeln im Nest kosten außerdem den neu eingetragenen Nektar. Ihre Entscheidung auszufliegen und zu sammeln ist sowohl vom Pheromonsignal als auch von der Qualität des von ihnen gekosteten Nektars abhängig. Die Sammelaktivität der Hummelkolonie wird damit an die Sammelbedingungen angepasst – nur wenn profitable Futterquellen vorhanden sind, werden viele Sammlerinnen aktiviert. Zusätzlich hängt die Sammelaktivität von der Vorratssituation im Stock ab. Sind die Honigtöpfe gefüllt, werden keine neuen Arbeiterinnen zum Sammeln aktiviert. Diese Ergebnisse helfen uns zu verstehen, wie bei Hummeln die Anzahl der aktiven Sammlerinnen je nach den Bedingungen innerhalb und außerhalb der Kolonie reguliert wird.
KW  - Hummel
KW  - Bienen <Familie>
KW  - Kommunikation
KW  - Nahrungserwerb
KW  - Evolution
KW  - Pheromon
KW  - Schwänzeltanz
KW  - Evolution
KW  - Rekrutierung
KW  - Hummeln
KW  - Bombus
KW  - Futtersammeln
KW  - foraging
KW  - recruitment
KW  - evolution
KW  - bumble bees
KW  - Bombus
KW  - waggle dance
Y1  - 2002
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-3468
ER  -