Wie Paraponera clavata zwischen Zucker und Proteinen in Flüssigkeiten unterscheidet

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Wie Paraponera clavata zwischen Zucker und Proteinen in Flüssigkeiten unterscheidet

Beitragvon Diffeomorphismus » 13. November 2013, 19:02

Hallo,

der folgende Artikel (in englischer Sprache) befasst sich mit einem interessanten Verhalten von Paraponera clavata; so kann diese Art offensichtlich erkennen, ob in einer ihr angebotenen Flüssigkeit Proteine oder Zucker enthalten sind. Je nachdem versucht sie nach dieser zu greifen oder sie zu trinken.

Hier der Link zum Artikel:

http://smallpondscience.com/2013/11/13/ant-science-ants-try-to-eat-protein-beverages-like-solid-food/

Der Originalartikel ist leider nur gegen Gebühr bei "Springer Link" einsehbar. Ich konnte zwar via VPN-Client über das Universitätsnetzwerk auf ihn zugreifen, würde allerdings nur ungern eine Zusammenfassung eines wissenschaftlichen Artikels verfassen, welcher nicht meinem Fachgebiet entstammt.

Vielleicht hat ja der ein oder andere Biologe hier im Forum auch Zugriff auf den Artikel, und erklärt sich bereit, eine kurze Zusammenfassung und Erläuterung zu verfassen; denn das Thema ist auf jeden Fall sehr interessant.

Grüße

Diffeomorphismus
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AW: Wie Paraponera clavata zwischen Zucker und Proteinen in Flüssigkeiten unterscheid

Beitragvon DermitderMeise » 13. November 2013, 23:19

Ein sehr interessanter Fund! Aus Zeitmangel kann ich gerade keine dt. Kurzfassung schreiben, aber hier (PDF) gibt es einen Link zur Originalpublikation, von einem der Autoren zur Verfügung gestellt. Vielleicht findet sich ja jemand...? :)
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AW: Wie Paraponera clavata zwischen Zucker und Proteinen in Flüssigkeiten unterscheid

Beitragvon Ferdinand1 » 14. November 2013, 15:36

In der Arbeit wurde untersucht mit welchen Verhaltensweisen fouragierende Arbeiterinnen der Art Paraponera clavata auf Lösungen mit unterschiedlicher Zucker- und Proteinkonzentration reagieren. Die meisten sozialen Insekten bringen sowohl flüssige (i.d.R. kohlenhydratreich), als auch feste (i.d.R. proteinreich) Nahrung zurück in das Nest, wobei in den meisten Familien die flüssige Nahrung innerlich im Kropf und die feste Nahrung äußerlich in den Mandibeln transportiert wird. Durch die direkte Aufnahme der flüssigen Nahrung kann die Qualität (Zuckerkonzentration) direkt vor Ort bestimmt werden. Die Qualität von proteinreicher Nahrung kann anscheinend nicht so einfach ermittelt werden. Die konkrete Fragestellung lautet also, ob P. clavata Arbeiterinnen angemessen bzw. flexibel auf die Lösungen reagieren, d.h. die proteinreiche Lösung genauso in den Kropf aufnehmen wie die kohlenhydratreiche, oder unangemessen bzw. starr ("fixed"), d.h. die proteinreiche Lösung mit den Mandibeln aufzunehmen versuchen (wie ein Beuteinsekt).

Dazu wurden 10 Kolonien von P. clavata in Costa Rica ausgemacht und die Arbeiterinnen trainiert eine Futterquelle mit 2 M Saccharose-Lösung zu besuchen. Die Futterquelle wurde dann mit einer von 15 Protein-/Zuckerkonzentrations-Kombinationen ausgetauscht und das Verhalten der ersten 10 Arbeiterinnen notiert. Danach wurde die 2 M Saccharose-Lösung wieder angeboten, um Arbeiterinnen zu rekrutieren. Dann wurde mit der nächsten Lösung fortgefahren, bis bei der Kolonie alle 15 Kombinationen getestet wurden.
Die unterschiedlichen Verhaltensweisen, die beobachtet wurden, sind in diesem Video und Tabelle 1 der Arbeit zusammengefasst.

Bei der Auswertung der so gesammelten Daten wurde eine Kolonie als "trinkend" (saugend, Lösung in den Kropf aufnehmend) bewertet, wenn mindestens eine der 10 Arbeiterinnen die entsprechende Lösung aufgenommen hat. Als "greifend" (packend, Lösung mit den Mandibeln haltend) wurde die Kolonie bewertet, wenn mindestens eine Arbeiterin dieses Verhalten gegenüber der entsprechenden Lösung zeigt. Wenn keine der 10 Arbeiterinnen eine der beiden Verhaltensweisen aufzeigte, sondern die Lösung nur befühlert, aber nicht davon getrunken oder mit den Mandibeln danach gelangt wurde, wurde die Kolonie als "ignorierend" bewertet.

Bild
(Sucrose = Saccharose, Casein = Kasein (Proteingemisch), grasp = greifen [mit Mandibeln])


Bei hohen Kasein zu Saccharose Verhältnissen (d.h. viel Protein auf wenig Zucker) wurde vermehrt ein Greifen nach dem Tropfen beobachtet. P. clavata Arbeiterinnen können sowohl feste, als auch flüssige Nahrung in den Mandibeln transportieren und die Proteinkonzentration bewerten (wahrscheinlich mit den Fühlern oder den Maxillartastern) ohne die Nahrung direkt aufnehmen oder in das Nest tragen zu müssen. Auch wenn die hier angewandten Methoden nicht darauf ausgelegt waren herauszubekommen wie sich die Verteilung innerhalb einer Kolonie gestaltet (starre und flexible Verhaltensweise), kann davon ausgegangen werden, dass es eine Mischung von Verhaltenstypen gibt, da bei vielen Lösungen und Kolonien getrunken und mit den Mandibeln gegriffen wurde. Es lässt sich leicht nachvollziehen, warum eine Kombination der beiden Verhaltensweisen innerhalb einer Kolonie einen Vorteil bietet. Mit starren Verhaltensweisen die einer festen Handlungssequenz folgen, lassen sich stetige Nahrungsquellen vor allem schnell ausbeuten. Wenn sich die Umweltbedingungen jedoch ändern, dann sind flexible Verhaltensweisen von Vorteil, die zu besseren Entscheidungen führen (langsamer, aber weniger Fehler).

Aus der Studie geht nicht hervor, ob ein einzelnes Individuum entweder nur flexible oder nur starre Verhaltensweisen zeigt. Wenn dies der Fall sein sollte, könnte untersucht werden, welche Funktion verschiedene Verhaltenstypen für die Anpassung an unterschiedliche ökologische Bedingungen haben.



Ich wäre sehr dankbar für Anregungen und Kritik (per PN oder konstruktivem Beitrag im Thread) und eventuelle Fragen, vor allem von denen, die das englische Original nicht gelesen haben, sodass ich diesen Beitrag sinnvoll ergänzen kann.

mfg
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AW: Wie Paraponera clavata zwischen Zucker und Proteinen in Flüssigkeiten unterscheid

Beitragvon Colophonius » 14. November 2013, 18:32

Hier meine grobe Übersetzung des Artikels (Quelle: http://smallpondscience.com/2013/11/13/ant-science-ants-try-to-eat-protein-beverages-like-solid-food/) :
____

Wenn sie gemeinsam arbeiten, sind Ameisen äußerst effektiv, man könnte sie sogar als schlau bezeichnen. Einzelne Ameisen sind jedoch so dumm, dass sie nicht einmal wissen, wie sie sich selbst ernähren können, was das Ergebnis der letzten Forschungen unseres Labors zeigt. Man könnte sagen, dass Ameisen ein Trinkproblem haben.

Wenn man dir einen Proteinshake geben würde, würdest du ihn trinken. Aber wenn du einer bullet ant ein proteinhaltiges Getränk gibst, kauen und ziehen sie daran. Wenn sie wüssten, wie man eine Gabel benutzt, so würden sie das vermutlich auch damit probieren.

Die bullet ant Paraponera clavata hat eine langweilige Ernährungsweise: Arbeiterinnen sammeln meistens Zuckerwasser von den Baumkronen des Regenwalds, ergänzt durch Beutetiere wie andere Ameisen oder kleine Stücke von Raupen. Wenn sie Kohlenhydrate fressen, ist es flüssig und sie sammeln den Tropfen mit ihren Mandibeln auf. Wenn sie hingegen Proteine bekommen, ist es fest, also beißen und zerkauen sie es.

Als wir versucht haben, dieses Experiment durchzuführen, haben wir rausgefunden, dass diese Ameisen absolut hilflos sind, eine Flüssigkeit zu trinken, sofern es sich dabei um eine Proteinlösung handelt.

Wie sieht es aus, wenn Ameisen versuchen, etwas zu trinken oder wenn sie versuchen, feste Nahrung zu zerkauen? Hier sind zwei Videos von Jenny Jandt (Anmerkung: befinden sich in der Quelle


Wir fragten uns:
Welche Sensoren nutzen Ameisen um rauszufinden, ob sie eine Flüssigkeit trinken sollen oder es zu fassen, als ob es fest wäre. Wir machten ein Feldexperiment mit verschiedenen (?) Kombinationen von verschiedenen Zuckerkonzentrationen(sucrose) und verschiedenen Proteinkonzentrationen (casein) und benutzten Ethogramme um die verhaltensgesteuerten Reaktionen zu messen. Wir replizierten den Versuch an mehreren verschiedenen Kolonien, wobei wir die Anordnung der Präsentation zufällig gestalteten und machten andere gute Dinge, damit die Durchführung des Experiments nicht fehlerhaft war (wir sind Profis, musst du wissen).

Während wir das Experiment durchführten, wurden wir meistens nicht gestochen. Das ist wichtig, da diese Ameisen nicht umsonst bullet ants genannt werden.

Wir fanden heraus, dass die Bereitschaft der Ameisen, eine Flüssigkeit zu trinken, höher wurde, je höher die Konzentration des Zuckers war. Wenn es ein wenig Proteine, aber keinen Zucker gab, versuchten die Ameisen, diese zu greifen. Sobald die Proteinkonzentration jedoch nahe 1 "micromolar" (Anm.: ich habe keine Ahnung von Chemie, daher weiß ich auch nicht ,was das bedeutet)kam, hatte die Konzentration des Zuckers keinen Einfluss auf die Greifreaktion bei Proteinen.

Also: sollten Ameisen nachdenken, dann denken sie in etwa das: " Wenn ich Proteine schmecke, dann muss es Fressen sein. Also kaue ich daran, auch wenn es sich dabei um eine Flüssigkeit handelt." Aber es sieht eher danach aus, als würden sie überhaupt nicht nachdenken.

Wir fanden heraus, dass die Ameisen einem festen Schema folgen, wenn sie den Nährgehalt von Futter einschätzen. Dies funktioniert in der Natur, da die Gestalt und der Nährgehalt zusammenhängt. Als wir aber für das Experiment die Gestalt und den Nährgehalt voneinander getrennt haben, konnten wir die "Messgeräte" der Ameisen identifizieren, die sie nutzen, um ihre Entscheidungen, wie sie mit dem Fressen umgehen wollen, identifizieren.

Sie entscheiden sich zu trinken, wenn sie Kohlenhydrate finden und sie entscheiden sich zu kauen, wenn sie Proteine finden. Die Form des Futters hat dabei keinen Einfluss auf die Entscheidung.


Wie konnte dieses Projekt in einer lehr-orientierten Institution stattfinden?

Im ersten Halbjahr von 2011, verbrachte Hannah Larson (eine Master-Studentin in meinem Labor) mehrere Monate in der "La Selva Biological Station" auf Costa Rica, wo sie die mikrobielle Symbiose von bullet ants erforschte. Sie entdeckte, dass bullet ants an Proteinlösungen kauten, als sie diese experimentell mit der Lösung fütterte und die Kolonien entschieden sich, die Plasikpipetten zu zerlegen, statt von diesen zu trinken. Sie entschied sich für andere Wege, Proteine für ihr Experiment zu füttern, aber wir wollten diese Entdeckung dokumentieren und besser verstehen.

In jenem Sommer, habe ich mich mit meiner Kollegin Dr. Jenny Jandt zusammengetan, um Mentor für einen Student an meiner Universität bei einem völlig anderen Projekt zu werden. Wir fanden alle das Protein-Kau-Verhalten richtig cool und Jenny nahm sich Zeit für einen zweiten Trip nach Costa Rica, nachdem ich ihr half, das Projekt auszuarbeiten.
Mein "undergrad" Peter Tellez war ihr Helfer und sie führten das Experiment durch, indem sie die vielen Kolonien, die Hanah für ihre Arbeit gegründet hatte, nutzten. Spät im Jahr 2011, fuhr ich los um Jenny in Tuscon für ein paar Tage zu besuchen, um an dem einen oder anderen Manuskript zu arbeiten, bei dem der ganze Stapel Papier zusammengesetzt wurde. Jenny führte die finalen Arbeitsschritte an der wissenschaftlichen Arbeit durch, nur mit ein bisschen Hilfe von mir, Hannah und Peter. Da es für uns alle ein Nebenprojekt war, verzögerte es sich ein wenig, aber Jenny hielt durch und sie ist wirklich alles, was man sich als Mitarbeiter und Mentor für Studenten wünschen könnte.

Wo sind sie jetzt? Jenny wurde Post-Doctorand im tollen Labor von Amy Toth in Iowa, während Hannah in ihrem zweiten Jahr im DPT programm der Universität von Washington ist. Peter hingegen ist jetzt ein PhD Student am Labor "Sunshine Van Bael at Tulane".


Um es zusammenzufassen: diese coole wissenschaftliche Arbeit entstand, weil ich meine posdoc Freundin Jenny davon überzeugen konnte, in den Regenwald zu fahren, um dort mit meinen Studenten einen Monat lang zu arbeiten. Sie arbeitet normalerweise lieber mit Wespen und Bienen und ich bin echt froh, dass ich ihr die Möglichkeit geben konnte, mit Ameisen und tropischen Regenwäldern zu arbeiten, wobei meine Studenten sehr stark von ihrer Mentorarbeit und ihrem Fachwissen über das individuelle und gemeinschaftliche Verhalten von sozialen Insektenkolonien profitiert haben.

____



Der Text ist in einem sehr umgangssprachlichen English gehalten, was ich bei der Übersetzung übernommen habe. Ist sicher nicht alles 100% richtig übersetzt, aber die Hauptaussage etc. sollte zu verstehen sein.

Es ist übrigens so, dass im englischen viele auch wichtige Texte eher umgangssprachlich formuliert werden, also nicht zu sehr drüber wundern ;)


Ich hoffe, das konnte euch helfen :)
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AW: Wie Paraponera clavata zwischen Zucker und Proteinen in Flüssigkeiten unterscheid

Beitragvon Diffeomorphismus » 14. November 2013, 20:31

Hallo,

ich möchte mich hier erst einmal bei Ferdinand1 und Colophonius für ihre Mühen bedanken! Denn sie haben diese, meiner Meinung nach sehr interessante, Arbeit nun auch all denen zugänglich gemacht, die dem Englischen nicht so sehr zugetan sind.

Viele Grüße

Diffeomorphismus

Edit: @Colophonius Ich wage ja kaum etwas zu bemängeln, bei der Arbeit die du dir gemacht hast; aber ich glaube bei der guten Hannah Larson handelt es sich um eine Master-Studentin ;)
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Beitragvon Colophonius » 14. November 2013, 20:52

Diffeomorphismus hat geschrieben:Edit: @Colophonius Ich wage ja kaum etwas zu bemängeln, bei der Arbeit die du dir gemacht hast; aber ich glaube bei der guten Hannah Larson handelt es sich um eine Master-Studentin ;)


Upps, ist korrigiert.
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