TY  - THES
A1  - Rüdenauer, Fabian
T1  - Nutrition facts of pollen: nutritional quality and how it affects reception and perception in bees
T1  - Nährwertinformationen von Pollen: Nährstoffzusammensetzung und wie diese sich auf Rezeption und Perzeption von Bienen auswirkt
N2  - Nutrients belong to the key elements enabling life and influencing an organism’s fitness. The intake of nutrients in the right amounts and ratios can increase fitness; strong deviations from the optimal intake target can decrease fitness. Hence, the ability to assess the nutritional profile of food would benefit animals. To achieve this, they need the according nutrient receptors, the ability to interpret the receptor information via perceptive mechanisms, and the ability to adjust their foraging behavior accordingly. Additionally, eventually existing correlations between the nutrient groups and single nutrient compounds in food could help them to achieve this adjustment. A prominent interaction between food and consumer is the interaction between flowering plants (angiosperms) and animal pollinators. Usually both of the interacting partners benefit from this mutualistic interaction. Plants are pollinated while pollinators get a (most of the times) nutritional reward in form of nectar and/or pollen. As similar interactions between plants and animals seem to have existed even before the emergence of angiosperms, these interactions between insects and angiosperms very likely have co-evolved right from their evolutionary origin. Therefore, insect pollinators with the ability to assess the nutritional profile may have shaped the nutritional profile of plant species depending on them for their reproduction via selection pressure. In Chapter I of this thesis the pollen nutritional profile of many plant species was analyzed in the context of their phylogeny and their dependence on insect pollinators. In addition, correlations between the nutrients were investigated. While the impact of phylogeny on the pollen protein content was little, the mutual outcome of both of the studies included in this chapter is that protein content of pollen is mostly influenced by the plant’s dependence on insect pollinators. Several correlations found between nutrients within and between the nutrient groups could additionally help the pollinators to assess the nutrient profile of pollen. An important prerequisite for this assessment would be that the pollinators are able to differentiate between pollen of different plant species. Therefore, in Chapter II it was investigated whether bees have this ability. Specifically, it was investigated whether honeybees are able to differentiate between pollen of two different, but closely related plant species and whether bumblebees prefer one out of three pollen mixes, when they were fed with only one of them as larvae. Honeybees indeed were able to differentiate between the pollen species and bumblebees preferred one of the pollen mixes to the pollen mix they were fed as larvae, possibly due to its nutritional content. Therefore, the basis for pollen nutrient assessment is given in bees. However, there also was a slight preference for the pollen fed as larvae compared to another non-preferred pollen mix, at least hinting at the retention of larval memory in adult bumblebees. Chapter III looks into nutrient perception of bumblebees more in detail. Here it was shown that they are principally able to perceive amino acids and differentiate between them as well as different concentrations of the same amino acid. However, they do not seem to be able to assess the amino acid content in pollen or do not focus on it, but instead seem to focus on fatty acids, for which they could not only perceive concentration differences, but also were able to differentiate between. These findings were supported by feeding experiments in which the bumblebees did not prefer any of the pollen diets containing less or more amino acids but preferred pollen with less fatty acids. In no choice feeding experiments, bumblebees receiving a diet with high fatty acid content accepted undereating other nutrients instead of overeating fat, leading to increased mortality and the inability to reproduce. Hence, the importance of fat in pollen needs to be looked into further. In conclusion, this thesis shows that the co-evolution of flowering plants and pollinating insects could be even more pronounced than thought before. Insects do not only pressure the plants to produce high quality nectar, but also pressure those plants depending on insect pollination to produce high quality pollen. The reason could be the insects’ ability to receive and perceive certain nutrients, which enables them to forage selectively leading to a higher reproductive success of plants with a pollinator-suitable nutritional pollen profile.
N2  - Nährstoffe gehören zu den zentralen Elementen, die das Leben an sich ermöglichen und die Fitness eines Organismus beeinflussen können. Nährstoffaufnahme in den richtigen Mengen und Verhältnissen kann die Fitness verbessern, starke Abweichungen von der optimalen Aufnahme können sie verschlechtern. Deshalb könnten Tiere von der Fähigkeit profitieren das Nährstoffprofil von Nahrung bewerten zu können. Dafür benötigten sie jedoch die passenden Nährstoffrezeptoren, die Fähigkeit die Rezeptorinformationen durch perzeptive Mechanismen zu interpretieren und ihr Sammelverhalten daran anzupassen. Eine zusätzliche Hilfe dabei könnten Korrelationen zwischen sowohl den Nährstoffgruppen als auch einzelnen Nährstoffen bieten. Eine bekannte Interaktion zwischen Nahrung und Konsument ist die zwischen Blühpflanzen (Angiospermen) und tierischen Bestäubern. Normalerweise profitieren beide Interaktionspartner von dieser mutualistischen Interaktion. Pflanzen werden bestäubt, während die Bestäuber eine (zumeist) nahrhafte Belohnung in Form von Nektar und/oder Pollen erhalten. Da ähnliche Interaktionen zwischen Pflanzen und Tieren vermutlich schon vor dem Auftreten der Angiospermen existierten, könnte sich diese Interaktion, im Speziellen mit Insekten, direkt vom evolutiven Startpunkt der Angiospermen aus koevolviert haben. Deshalb ist es möglich, dass Bestäuber mit der Fähigkeit das Nährstoffprofil von Pollen bewerten zu können, dieses bei von ihnen abhängigen Pflanzen durch Selektionsdruck formen konnten. Im Kapitel I dieser Thesis wurde das Nährstoffprofil von Pollen vieler Pflanzenarten im Kontext ihrer Phylogenie und ihrer Abhängigkeit von Insekten als Bestäubern analysiert. Außerdem wurden Korrelationen zwischen den Nährstoffen untersucht. Während die Phylogenie nur einen geringen Einfluss auf den Proteingehalt von Pollen haben könnte, ist der gemeinsame Nenner der beiden Studien in diesem Kapitel, dass der Proteingehalt des Pollens hauptsächlich von der Abhängigkeit der Pflanzen von Bestäubern bestimmt wird. Es wurden zudem einige Korrelationen sowohl in als auch zwischen den Nährstoffgruppen gefunden, die den Bestäubern helfen könnten das Nährstoffprofil von Pollen bewerten zu können. Eine wichtige Grundvoraussetzung für diese Bewertung wäre, dass die Bestäuber überhaupt dazu in der Lage sind zwischen Pollen von unterschiedlichen Pflanzenarten zu unterscheiden. Dies wird in Kapitel II behandelt, in dem untersucht wurde ob Honigbienen in der Lage sind zwischen Pollen zweier nah verwandter Pflanzenarten zu unterscheiden und ob Hummeln eine von drei Pollenmischungen bevorzugen, wenn sie nur mit einer davon als Larve in Kontakt kamen. Honigbienen war es tatsächlich möglich zwischen den Pollenarten zu unterscheiden und Hummeln bevorzugten eine bestimmte Pollenmischung gegenüber der, die sie als Larve erhalten hatten, möglicherweise aufgrund eines vorteilhaften Nährstoffprofils. Die Grundlage zur Nährstoffbewertung scheint bei Bienen also gegeben zu sein. Allerdings hatten die Hummeln auch eine leichte Präferenz für die Pollenmischung, die sie als Larve erhalten hatten gegenüber der dritten, nicht bevorzugten Pollenmischung, was zumindest darauf hindeuten könnte, dass Larvenerinnerungen bei erwachsenen Hummeln erhalten bleiben könnten. Kapitel III beschäftigt sich tiefergehend mit der Nährstoffwahrnehmung von Hummeln. Es wurde gezeigt, dass diese prinzipiell befähigt sind Aminosäuren wahrzunehmen als auch zwischen ihnen und verschiedenen Konzentrationen der gleichen Aminosäure zu unterscheiden. Allerdings scheinen sie entweder nicht in der Lage zu sein oder sich zumindest nicht darauf zu fokussieren den Aminosäuregehalt von Pollen zu bewerten, sondern sich eher auf Fettsäuren zu konzentrieren. Von diesen konnten sie nicht nur Konzentrationsunterschiede feststellen, sondern auch zwischen verschiedenen Fettsäuren im Pollen unterscheiden. Diese Ergebnisse wurden von denen in Fütterungsexperimenten gestützt, in denen die Hummeln gleiche Mengen von Pollen mit mehr oder weniger Aminosäuren aufnahmen, aber Pollen mit weniger Fettsäuren bevorzugten. In Experimenten, in denen die Hummeln keine Wahl hatten, nahmen die Hummeln mit einer Diät, die eine hohe Fettsäurekonzentration hatte, lieber in Kauf, dass sie zu wenig von den anderen Nährstoffen aufnahmen, als zu viel Fett, was zu einer erhöhten Mortalitätsrate und der Unfähigkeit sich zu reproduzieren führte. Deshalb sollten zukünftige Studien sich eingehender mit dem Fettsäuregehalt von Pollen beschäftigen. Zusammenfassend zeigt diese Thesis, dass die Koevolution von Pflanzen und bestäubenden Insekten ausgeprägter sein könnte, als bisher angenommen. Insekten setzen die Pflanzen nicht nur unter Druck qualitativ hochwertigen Nektar zu produzieren, sondern setzen vor allem auch die Pflanzen unter Druck, die von ihrer Bestäubung abhängig sind, qualitativ hochwertigen Pollen zu produzieren. Der Grund dafür könnte die Fähigkeit der Insekten sein, bestimmte Nährstoffe zu rezipieren und perzipieren und dann ihr Sammelverhalten so anzupassen, dass Pflanzen mit einem passenden Nährstoffprofil einen höheren Reproduktionserfolg haben.
KW  - Pollen
KW  - bumblebee*s
KW  - nutrients
KW  - nutrition
KW  - pollen
KW  - reception
KW  - perception
KW  - proboscis extension response
KW  - honeybee*s
Y1  - 2021
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-212548
ER  - 
TY  - THES
A1  - Murali, Supriya
T1  - Understanding the function of spontaneous blinks by investigating internally and externally directed processes
T1  - Eine Untersuchung zur Funktion spontaner Lidschläge durch die Differenzierung von extern und intern gerichteten Prozessen
N2  - Humans spontaneously blink several times a minute. These blinks are strongly modulated during various cognitive task. However, the precise function of blinking and the reason for their modulation has not been fully understood. In the present work, I investigated the function of spontaneous blinks through various perceptual and cognitive tasks. Previous research has revealed that blinks rates decrease during some tasks but increase during others. When trying to understand these seemingly contradictory results, I observed that blink reduction occurs when one engages with an external input. For instance, a decrease has been observed due to the onset of a stimulus, sensory input processing and attention towards sensory input. However, for activities that do not involve such an engagement, e.g. imagination, daydreaming or creativity, the blink rate has been shown to increase. To follow up on the proposed hypothesis, I distinguished tasks that involve the processing of an external stimulus and tasks that involve disengagement.
In the first part of the project, I explored blinking during stimulus engagement. If the probability of blinking is low when engaging with the stimulus, then one should find a reduction in blinks specifically during the time period of processing but not during sensory input per se. To this end, in study 1, I tested the influence of task-relevant information duration on blink timing and additionally manipulated the overall sensory input using a visual and an auditory temporal simultaneity judgement task. The results showed that blinks were suppressed longer for longer periods of relevant information or in other words, blinks occurred at the end of relevant information processing for both the visual and the auditory modality. Since relevance is mediated through top-down processes, I argue that the reduction in blinks is a top-down driven suppression. In studies 2 and 3, I again investigated stimulus processing, but in this case, processing was triggered internally and not based on specific changes in the external input. To this end, I used bistable stimuli, in which the actual physical stimulus remains constant but their perception switches between different interpretations. Studies on the involvement of attention in such bistable perceptual changes indicate that the sensory input is reprocessed before the perceptual switch. The results revealed a reduction in eye blink rates before the report of perceptual switches. Importantly, I was able to decipher that the decrease was not caused by the perceptual switch or the behavioral response but likely started before the internal switch. Additionally, periods between a blink and a switch were longer than interblink intervals, indicating that blinks were followed by a period of stable percept. To conclude, the first part of the project revealed that there is a top-down driven blink suppression during the processing of an external stimulus. 
In the second part of the project, I extended the idea of blinks marking the disengagement from external processing and tested if blinking is associated with better performance during internally directed processes. Specifically, I investigated divergent thinking, an aspect of creativity, and the link between performance and blink rates as well as the effect of motor restriction. While I could show that motor restriction was the main factor influencing divergent thinking, the relationship between eye blink rates and creative output  also depended on restriction. Results showed that higher blink rates were associated with better performance during free movement, but only between subjects. In other words, subjects who had overall higher blink rates scored better in the task, but when they were allowed to sit or walk freely. Within a single subject, trial with higher blink rates were not associated with better performance. Therefore, possibly, people who are able to disengage easily, as indicated by an overall high blink rate, perform better in divergent thinking tasks. However, the link between blink rate and internal tasks is not clear at this point. Indeed, a more complex measurement of blink behavior might be necessary to understand the relationship.
In the final part of the project, I aimed to further understand the function of blinks through their neural correlates. I extracted the blink-related neural activity in the primary visual cortex (V1) of existing recordings of three rhesus monkeys during different sensory processing states. I analyzed spike related multi-unit responses, frequency dependent power changes, local field potentials and laminar distribution of activity while the animal watched a movie compared to when it was shown a blank screen. The results showed a difference in blink-related neural activity dependent on the processing state. This difference suggests a state dependent function of blinks.
Taken altogether, the work presented in this thesis suggests that eye blinks have an important function during cognitive and perceptual processes. Blinks seem to facilitate a disengagement from the external world and are therefore suppressed during intended processing of external stimuli.
N2  - Menschen blinzeln spontan mehrmals pro Minute. Während verschiedener kognitiver Aufgaben ist die Häufigkeit dieser Lidschläge sehr unterschiedlich. Jedoch ist die genaue Funktion des spontanen Lidschlags und der Grund für deren Modulation noch nicht vollständig verstanden. In der vorliegenden Arbeit habe ich die Funktion des spontanen Lidschlags durch verschiedene Aufgaben im Bereich der Wahrnehmung und Kognition untersucht. Frühere Studien haben gezeigt, dass die Häufigkeit der Lidschläge bei einigen Aufgaben abnimmt, bei anderen jedoch zunimmt. Bei der Prüfung dieser scheinbar widersprüchlichen Ergebnisse beobachtete ich, dass die Reduzierung der Lidschlaghäufigkeit scheinbar immer bei der Beschäftigung mit externem Input auftritt. Zum Beispiel wurde eine Abnahme aufgrund des Beginns eines sensorischen Reizes, der Verarbeitung sensorischen Inputs und von Aufmerksamkeit auf sensorischen Input beschrieben. Für Aktivitäten ohne solch externes Engagement, z.B. Fantasie, Tagträume oder Kreativität, nimmt die Häufigkeit der Lidschläge zu. Um die vorgeschlagene Hypothese zu überprüfen, untersuchte ich explizit solche Aufgaben mit Verarbeitung eines externen Reizes und solchen mit einer Abgrenzung von  externem Input.
Im ersten Teil des Projekts untersuchte ich die Lidschläge während der Präsentation von externen Reizen. Falls die Wahrscheinlichkeit der Lidschläge an eine Reizverarbeitung gekoppelt ist, sollte man eine Verringerung der Lidschläge während des Verarbeitungszeitraums feststellen aber nicht während sensorischen Inputs an sich. Zu diesem Zweck habe ich in Studie 1 den Einfluss der aufgabenrelevanten Informationsdauer unabhängig vom gesamten sensorischen Input auf den Zeitpunkt des Lidschlags getestet. Dies geschah mit einer visuellen und einer auditiven Aufgabe zur zeitlichen Gleichzeitigkeitsbeurteilung. Die Ergebnisse zeigten, dass Lidschläge während Zeitfenster mit relevanten Informationen unterdrückt wurden, oder anders gesagt, Lidschläge traten am Ende der Informationsverarbeitung sowohl in der visuellen als auch auditorischen Modalität auf. Weil Relevanz durch Top-Down-Prozesse vermittelt wird, behaupte ich, dass die Verringerung der Lidschläge eine Top-Down-gesteuerte Unterdrückung ist. In den Studien 2 und 3 habe ich die Reizverarbeitung erneut untersucht, aber jetzt wurde die Verarbeitung intern ausgelöst und nicht auf Basis von spezifischen Änderungen im externen Input. Dazu habe ich bistabile Reize verwendet, bei denen der physikalische Reiz selber konstant bleibt, aber die Wahrnehmung zwischen verschiedenen Interpretationen wechselt. Studien über die Rolle der Aufmerksamkeit bei bistabilen Wahrnehmungsveränderungen zeigen, dass der sensorische Input vor dem Wahrnehmungswechsel erneut verarbeitet wird. Die Ergebnisse deckten eine Verringerung in der Häufigkeit der Lidschläge vor der Mitteilung über Wahrnehmungswechsel auf. Eine wichtige Erkenntnis hierbei war, dass diese Verringerung nicht durch den Wahrnehmungswechsel oder die Verhaltensreaktion verursacht wurde, sondern mit großer Wahrscheinlichkeit schon vor dem internen Wechsel anfing. Außerdem waren die Perioden zwischen einem Lidschlag und einem Wahrnehmungswechsel länger als die Intervalle zwischen den Lidschlägen, was darauf hinweist, dass einem Lidschlag eine Zeit stabiler Wahrnehmung folgt. Zusammenfassend zeigte der erste Teil des Projekts die Existenz einer Top-Down-gesteuerten Lidschlag-Unterdrückung während der Verarbeitung eines externen Stimulus.
Die Idee dass Lidschläge eine Abgrenzung von der Verarbeitung externer Signale markieren habe ich im zweiten Teil des Projekts erweitert und getestet, ob blinzeln mit einer besseren Leistung während intern gesteuerter Prozesse verbunden ist. Insbesondere untersuchte ich divergentes Denken, ein Aspekt der Kreativität, und den Zusammenhang zwischen kreativer Leistung und Häufigkeit der Lidschläge sowie die Wirkung von motorischer Einschränkung. Ich konnte den Einfluss von motorischer Einschränkung auf divergentes Denken aufzeigen, jedoch auch dass die Beziehung zwischen Häufigkeit der Lidschläge und kreativem Output von der motorischen Einschränkung abhängig ist. Die Ergebnisse zeigten eine Verbindung zwischen höherer Lidschlaghäufigkeit und besseren Leistung bei freier Bewegung, jedoch nur innerhalb der Gruppe. Anders gesagt, Probanden mit insgesamt höherer Häufigkeit der Lidschläge erzielten bei der Aufgabe besser Resultate, aber nur wenn sie sich frei bewegen durften. Innerhalb eines Probanden waren Versuche mit höherer Häufigkeit der Lidschläge nicht mit einer besseren Leistung verbunden. Eine mögliche Interpretation ist, dass Menschen die sich insgesamt leichter von sensorischem Input abgrenzen, was möglicherweise durch eine insgesamt hohe Häufigkeit der Lidschläge angezeigt wird, bei divergenten Denkaufgaben besser abschneiden. Allerdings ist der Zusammenhang zwischen Häufigkeit der Lidschläge und internen Aufgaben an dieser Stelle noch nicht klar. Tatsächlich könnte eine komplexere Messung des Lidschlagverhaltens notwendig sein, um die Beziehung zu verstehen.
Im letzten Teil des Projekts wollte ich die Funktion von Lidschlägen über ihre neuronalen Korrelate besser verstehen. Ich habe die lidschlagbezogene neuronale Aktivität im primären visuellen Kortex (V1) aus bestehenden Aufzeichnungen von drei Rhesusaffen bei verschiedenen Aufmerksamkeitsverarbeitungszuständen extrahiert. Die lidschlagbezogene Rate der Aktionspotentiale, die Multi-Unit-Aktivität, frequenzabhängige Aktivität, lokale Feldpotentiale und laminare Aktivitätsverteilung habe ich während zwei Versuchsbedingungen analysiert, das Anschauen eines Films und einer Pause vor einem leeren Bildschirm. Die Ergebnisse zeigten einen Unterschied in der lidschlagbezogenen neuronalen Aktivität in Abhängigkeit von der Versuchsbedingung und somit dem Verarbeitungszustand. Dieser Unterschied deutet eine zustandsabhängige Funktion der Lidschläge an.
Insgesamt legt die in dieser Dissertation vorgestellte Arbeit nahe, dass Lidschläge eine wichtige Funktion in Kognition und Wahrnehmungsprozessen hat. Lidschläge scheinen eine Abgrenzung von der Außenwelt zu erleichtern und werden daher bei beabsichtigter Verarbeitung externer Reize unterdrückt.
KW  - Lidschlag
KW  - Kognition
KW  - Aufmerksamkeit
KW  - Wahrnehmung
KW  - spontaneous blinks
KW  - attention
KW  - perception
Y1  - 2023
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-287473
ER  -