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  - Berghoff, Stefanie M.
T1  - Sociobiology of the hypogaeic army ant Dorylus (Dichthadia) laevigatus Fr. Smith
T1  - Soziobiologie der unterirdischen Treiberameise Dorylus (Dichthadia) laevigatus Fr. Smith
N2  - Originally renowned for their spectacular epigaeic raids, army ants have captured scientific attention for almost two centuries. They now belong to one of the best studied group of ants. However, most of our knowledge about army ants was derived from the study of the minority of specialized, epigaeicly active species. These species evolved probably rather recently from hypogaeic ancestors. The majority of army ant species still leads a hypogaeic life and is almost completely unknown in its entire sociobiology. It thus remained speculative, whether the assumed 'general' characteristics of army ants represent an adaptation to epigaeic activity or apply also to the majority of hypogaeic species. Based on the recent observation that the hypogaeic Asian army ant Dorylus (Dichthadia) laevigatus recruits predictably to palm oil baits, I developed and tested an oil-baiting method for the study of hypogaeic (army)ants. Prior to my study, nothing was known about the sociobiology of the assumed rare D. laevigatus. Throughout my work, I showed D. laevigatus to be very common and abundant in a wide range of habitats in West-Malaysia and on Borneo. Investigating its foraging behavior, I revealed D. laevigatus to differ from epigaeicly active species in several ways. Never demonstrated for any of the epigaeic species, D. laevigatus established stable trunk trail systems. Such a trail system contradicted the perception of army ant foraging, which was believed to be characterized by raids with constantly alternating trail directions. The trunk trail system further enabled a near omnipresence of D. laevigatus within its foraging area, which was also believed to be atypical for an army ant. Raids differed in structure and composition of participating workers from those of epigaeic species. Also, bulky food sources could be exploited over long periods of time. The foraging system of D. laevigatus resembled in several ways that of e.g. leaf-cutter and harvester ants. Likewise contrary to the assumptions, D. laevigatus had a wide food spectrum and showed only little effect on local arthropod communities, even falling itself prey to other ants. Strong aggressive behavior was observed only towards ant species with similar lifestyles, enabling me to provide the first detailed documentation of interspecific fights between two sympatric Dorylus species. Similar to foraging habits or ecological impact, nothing was known about colony size and composition, nesting habits, or worker polymorphism for D. laevigatus or any other hypogaeic Dorylus species prior to my work. By observing and eventually excavating a colony, I showed D. laevigatus to have a much smaller colony size and to lack the large sized workers of epigaeic Dorylus species. Similar to epigaeic Dorylinae, I showed D. laevigatus to have a non-phasic brood production, to emigrate rarely, and to alter its nest form along with habitat conditions. Detailed morphological and geographical descriptions give an impression of the Asian Dorylus species and are expected to aid other researchers in the difficult species identification. The genetic analysis of a male collected at a light trap demonstrated its relation to D. laevigatus. Confirming the male and queen associations, D. laevigatus is now one of five Dorylus species (out of a total of 61), for which all castes are known. In cooperation with D. Kistner, I provide a morphological and taxonomical description of nine Coleopteran beetles associated with D. laevigatus. Behavioral observations indicated the degree of their integration into the colony. The taxonomic position of the beetles further indicated that D. laevigatus emigrated from Africa to Asia, and was accompanied by the majority of associated beetles. The diversity of D. laevigatus guests, which included a number of unidentified mites, was rather low compared to that of epigaeic species. Overall, I demonstrated the developed baiting containers to effectively enable the study of hypogaeic ants. I showed several other hypogaeic ant species to be undersampled by other methods. Furthermore, the method enabled me to documented a second hypogaeic Dorylus species on Borneo. A detailed description of this species' morphology, ecology, and interactions with D. laevigatus is provided. My study indicated D. laevigatus to be an ecologically important species, able to influence soil structure and organisms of tropical regions in many ways. Relating the observed traits of D. laevigatus to epigaeicly active species, I conclude that our assumption of 'general' army ant behavior is erroneous in several aspects and needs to be changed. The oil-baiting method finally provides a tool enabling the location and study of hypogaeic (army)ant species. This opens a broad field for future studies on this cryptic but nonetheless important group of ants.
N2  - Bekannt durch ihre spektakulären Massenraubzüge werden Treiberameisen seit fast 200 Jahren wissenschaftlich untersucht und sind nun eine der am besten untersuchten Ameisengruppen. Jedoch basiert unser Wissen über diese Tiere fast ausschließlich auf der Erforschung der kleinen Gruppe der oberirdisch fouragierenden Arten. Diese haben sich jedoch wahrscheinlich erst vor evolutionär relativ kurzer Zeit aus unterirdischen Arten entwickelt. Die weitaus größere Zahl der Arten lebt auch heute noch unterirdisch und ist in ihrer Soziobiologie praktisch unbekannt. Es blieb daher spekulativ, ob die als 'typisch' geltenden Treiberameisencharakteristika nur eine besondere Anpassung an ein oberirdisches Fouragieren darstellen, oder auch auf die unterirdische Mehrheit der Arten zutreffen. Basierend auf die Entdeckung dass die unterirdische asiatische Treiberameisenart Dorylus (Dichthadia) laevigatus voraussagbar an Palmöl-Köder rekrutiert habe ich verschiedene Köderbehälter entworfen und die Eignung der Ködermethode für die Erforschung unterirdischer (Treiber)ameisen untersucht. Vor meiner Arbeit war über die Soziobiologie der als selten geltenden D. laevigatus nichts bekannt. Meine Arbeit zeigte dagegen, dass D. laevigatus sehr häufig und verbreitet ist. Durch die genauere Untersuchung des Fouragierverhaltens konnte ich zeigen, dass sich D. laevigatus von den bekannten, oberirdisch aktiven Arten in mehreren grundlegenden Merkmalen unterscheidet. Das gefundene fest etablierte und lang genutzte Wegesystem von D. laevigatus wurde bisher nie für epigäische Arten gezeigt und widerspricht sogar dem bisherigen Bild des Lebenstyps Treiberameise, für den ständig wechselnde Wegrouten als typisch galten. Dieses Wegesystem verlieh D. laevigatus eine nahe Omnipräsenz in ihrem Fouragiergebiet. Weiterhin wichen Raubzüge in ihrer Struktur und Zusammensetzung der beteiligten Arbeiterinnen von denen oberirdischer Arten ab. Auch konnten große Futtermengen über längere Zeiträume hinweg genutzt werden. Das beobachtete Fouragierverhalten ähnelt daher zum Teil eher dem von Blattscheider- und Ernteameisen als dem oberirdisch jagender Treiberameisen. Ebenfalls entgegen den bisherigen Vermutungen hat D. laevigatus ein breites Nahrungsspektrum und zeigte nur geringen Einfluss auf lokale Bodengemeinschaften. Zum Teil wurde sie selbst zur Beute. Stark aggressives Verhalten konnte ich vor allem gegenüber Arten mit ähnlicher Lebensweise beobachten. Dies erlaubte mir die erste detaillierte Dokumentation interspezifischer Kämpfe zwischen zwei sympatrischen Dorylus Arten. Ähnlich den Fouragiergewohnheiten und des ökologischen Einflusses war bislang auch nichts über Koloniegröße, Nistgewohnheiten und Arbeiterinnen-Polymorphismus von D. laevigatus oder anderen unterirdischen Dorylus Arten bekannt. Nach der Beobachtung und Einsammlung eines Volkes konnte ich zeigen, dass eine D. laevigatus Kolonie bedeutend kleiner ist und ihr die großen Arbeiterinnen fehlen im Vergleich zu oberirdischen Dorylus Arten. Ähnlich den oberirdischen Dorylinae zeigte D. laevigatus eine nicht-phasische Brutproduktion, eher seltene Kolonieumzüge und eine mit dem Habitat variierende Nestform. Detaillierte morphologische und geographische Beschreibungen geben einen Überblick über die asiatischen Dorylus Arten und sollen nachfolgenden Wissenschaftlern bei der schwierigen Artbestimmung unterstützen. Die genetische Analyse eines am Licht gefangenen Männchens weist dies eindeutig D. laevigatus zu. Durch meine Arbeit zählt D. laevigatus nun zu einer von fünf Dorylus Arten (von insgesamt 61), von denen alle Kasten bekannt sind. In Kooperation mit D. Kistner liefere ich eine morphologische und taxonomische Beschreibung von neun mit D. laevigatus assoziierten Käferarten. Verhaltensbeobachtungen geben Aufschluss über den Grad der Assoziation. Die taxonomische Position der Käfer lässt ferner darauf schließen, dass die Ameisen aus Afrika nach Asien emigrierten und der Großteil der assoziierten Käfer dieser Wanderung folgte. Die entwickelten Köderbehälter erwiesen sich als effektiv und gut geeignet für die Untersuchung unterirdischer Ameisen. So konnte ich zeigen, dass unterirdische Ameisenarten in Studien mit anderen Sammelmethoden oft unterrepräsentiert sind. Auch fand ich mit Hilfe der Ködermethode eine zweite, auf Borneo bislang unbekannte Dorylus Art. Morphologie, Ökologie dieser Art sowie Interaktionen mit D. laevigatus werden beschrieben. Meine Studie weist D. laevigatus als eine ökologisch wichtige Art aus, die in vielfacher Weise Bodenstruktur und Bodenorganismen tropischer Regionen beeinflussen kann. Im Vergleich mit den bekannten oberirdisch lebenden Arten komme ich zu dem Schluss, dass unser bisheriges Bild von 'typischen' Treiberameiseneigenschaften in verschiedener Hinsicht nicht zutrifft und geändert werden muss.
KW  - Borneo
KW  - Dorylus
KW  - Nahrungserwerb
KW  - Boden
KW  - Ameise
KW  - Verhalten
KW  - Bodenökologie
KW  - Tropen
KW  - Borneo
KW  - behavior
KW  - soil
KW  - ecology
KW  - rainforest
KW  - Borneo
Y1  - 2002
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-5005
ER  -