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| Promotionsprojekt von | Betreut durch |
Bettina Bläsing |
Prof. Holk Cruse |
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Welche Rolle spielen die Antennen
als Tastorgane bei der Orientierung in Entscheidungssituationen? Bisher wurde in unserer Abteilung das Laufverhalten der Stabheuschrecke Carausius morosus untersucht und aufgrund der Ergebnisse mit dem künstlichen neuronalen Netzwerk "Walknet" das Laufverhalten eines Sechsbeiners simuliert. Diese Simulation besteht im Wesentlichen aus einzelnen Kontrollmodulen für jedes Bein, die miteinander interagieren. Auf Ebene jedes einzelnen Beines werden während des Laufens ständig Entscheidungen getroffen, die zur Ausführung der Stemmbewegung oder der Schwingbewegung führen. Diese Aufgabe wird von einem Selektor-Netz übernommen, das zwischen Schwingnetz und Stemmnetz umschaltet und nach dem Winner-take-all Prinzip das jeweils andere Verhaltenselement unterdrückt. Sensorische Informationen stehen ausschließlich über die aktuellen Winkel der Beingelenke und über direkte Berührungen der Beine mit Hindernissen zur Verfügung. Mit diesen Vorgaben ist der simulierte Sechsbeiner auch in der Lage, auf seine direkte Umwelt zu reagieren und einfache Koordinationsaufgaben zu lösen. |
| Um Verhaltensweisen zu zeigen, die an eine natürliche Umwelt angepaßt sind und über reine Motorik hinausgehen, muß ein Organismus in der Lage sein, vorausschauend auf komplexere Umwelteigenschaften zu reagieren. Hierzu werden weitere sensorische Komponenten notwendig, die Informationen über die Umwelt außerhalb der unmittelbaren Körpernähe liefern. Zu dieser Art der Wahrnehmung können neben optischen und olfaktorischen Sinnesorganen auch bewegliche Tastorgane beitragen, die gezielt zur Erforschung der Umwelt eingesetzt werden. Die Antennen der Insekten, die neben ihrer olfaktorischen Funktion auch taktil genutzt werden, können als solche Tastsinnesorgane betrachtet werden. Wenn man von der Simulation der Laufmotorik ausgeht, sind sie als Extremitäten mit sensorischer Funktion von besonderem Interesse. Während der visuelle Sinn neurobiologisch vielfach untersucht und in der Robotik simuliert worden ist, ist der viel grundlegendere Tastsinn weitgehend unbeachtet geblieben. In diesem Projekt soll zunächst untersucht werden, ob und gegebenenfalls wie der taktile Einsatz der Antennen zur Entscheidungsfindung in einer umweltbestimmten Situation beiträgt. In Entscheidungssituationen, die auf sensorischen Informationen über topographische Umwelteigenschaften beruhen, könnten die Antennen als gezielt eingesetzte Tastorgane maßgeblich zum Informationsgewinn und zur Entscheidungsfindung beitragen. Eine solche Entscheidungssituation kann auftreten, wenn das Tier auf seinem Pfad auf eine Lücke trifft und anhand optischer und taktiler Orientierung feststellen muß, ob die Lücke klein genug zum überqueren ist. Eine andere Entscheidungssituation entsteht, wenn ein Pfad sich aufzweigt und das Tier aufgrund der ihm zur Verfügung stehenden Informationen eine Seite wählen muß. Hat in dieser Situation das nächste Pfadstück zusätzlich eine positive oder negative Neigung, stellt sich die Frage, ob neben optischer und taktiler Information auch negative Geotaxis eine Rolle spielt. |
| Bei der Stabheuschrecke C. morosus läßt sich eine deutliche Kopplung der Antennenbewegung mit der Laufbewegung erkennen. Die Antennen dieses Insekts beschreiben bei jedem Schritt eine doppelte Schleife in vertikaler Richtung und eine schnelle Auswärts- und langsamere Einwärtsbewegung. Dabei durchstreichen sie den Raum über und vor dem Kopf des Tieres, der Boden wird eher unregelmäßig berührt (Dürr 1999). Bei der Gespenstschrecke Aretaon asperrimus, einer Verwandten von C. morosus, ist dagegen ein deutliches Abtasten des Bodens mit den Antennen beim Laufen sichtbar. Die Antennen sind länger, werden stärker in vertikaler Richtung bewegt und haben häufiger Bodenkontakt als bei C. morosus (Dürr & Bläsing 2000). Diese Art der Antennenbewegung legt die Vermutung nahe, daß die Antennen gezielt als taktile Sinnesorgane eingesetzt werden, was dieses Tier für die hier geplante Fragestellung besonders geeignet macht. Da bei A. asperrimus auch der optische Sinn gut ausgeprägt zu sein scheint, muß die Tastfunktion der Antennen nicht nur gegen die olfaktorische Funktion, sondern auch gegen den visuellen Einfluß abgegrenzt werden. |
Literatur:Dürr, V. (1999) Spatial searching strategies of the stick insect, using antennae and front legs. Proc.Goettingen Neurobiol.Conf. 27:212. Dürr, V., Bläsing, B. (2000) Antennal Movements of Two Stick Insect Species: Spatio-Temporal Coordination with Leg Movements Verh.Dt.Zool.Ges. 2000 (in press) |