Könnten Erkenntnisse von Ameisen den Menschen beim Aufbau besserer Verkehrsnetze helfen?

Könnten Ameisennester das Geheimnis zur Reduzierung der Verkehrsstaus auf dem Freeway 405 bergen?

In einer neuen Studie haben Biologen der UCLA Erkenntnisse darüber gewonnen, wie Ameisen ihre Nester bauen, die für die Entwicklung effizienterer menschlicher Transportsysteme nützlich sein könnten.

Die Wissenschaftler wollten herausfinden, ob die Art und Weise, wie Ameisen ihre Nester bauen, stärker von der Evolutionsgeschichte jeder einzelnen Art oder den aktuellen ökologischen Bedingungen beeinflusst wird. Sie fanden heraus, dass die Evolution die Unterschiede, die sie zwischen den Nestern verschiedener Arten beobachteten, nicht erklären konnte. Sie fanden vielmehr heraus, dass die Umgebung, in der Ameisen nach Nahrung suchen, und die Art und Weise, wie sie Nahrung transportieren, die Hauptfaktoren sind, die bestimmen, wie jede Art ihre Nester baut.

Die Lektion für Menschen? Wenn Straßen besser auf die Art und Weise zugeschnitten wären, wie sich Güter und Menschen durch unsere Städte bewegen, könnten die Verkehrsnetze effizienter sein. Beispielsweise könnte die Überlastung der Autobahnen in Südkalifornien verbessert werden, wenn es spezielle Fahrspuren oder Straßen für Lkw gäbe, die zu und von wichtigen Logistikzentren wie Häfen, Lagerhäusern und Vertriebszentren fahren.

„Ameisen haben mit den gleichen Problemen zu kämpfen wie wir, wenn es darum geht, in überfüllten Räumen zu leben“, sagte Sean O’Fallon, ein UCLA-Doktorand in Ökologie und Evolutionsbiologie und Erstautor der Studie. „Wir sind in den Städten dicht gedrängt, und im Idealfall sollten wir eng miteinander verbunden sein, aber es gibt Einschränkungen, wie dicht wir zusammen sein können. Es gibt nur eine begrenzte Menge Platz für den Bau von Gebäuden und Straßen.“

In der Studie, veröffentlicht in Philosophische Transaktionen der Royal Society BWissenschaftler analysierten Informationen aus zwei Quellen – Details zu 397 Ameisennestern stammten aus zuvor veröffentlichten Daten und Bildern, und die Autoren führten neue Studien zu 42 anderen Nestern durch, die sich alle im Archbold Biological Reserve in der Nähe von Venus, Florida, befanden. Insgesamt repräsentierten die 439 Nester 31 verschiedene Ameisenarten.

Sie fanden heraus, dass die Neststruktur weitgehend von Faktoren bestimmt wird, z. B. davon, ob Ameisen alleine oder in Gruppen auf Nahrungssuche gehen, sowie von den Methoden, mit denen sie andere Ameisen rekrutieren, die ihnen bei der Suche und dem Transport von Nahrung helfen sollen. Kurz gesagt: Die Aktivität und das Verhalten der Tiere spielen beim Nestbau eine größere Rolle als jede angeborene evolutionäre Vorlage.

„Man kann sich das Nest selbst als ein Transportnetz vorstellen – es ist der Ort, an dem Ameisen leben, aber es ist auch eine Art Autobahnnetz, über das sie Dinge hinein- und herausbewegen“, sagte Noa Pinter-Wollman, Professorin für Ökologie und Evolutionsbiologie an der UCLA der korrespondierende Autor des Artikels.

Die Forscher untersuchten vier gängige Futtersuchstrategien von Ameisen. Bei manchen Arten gehen einzelne Ameisen auf Nahrungssuche. In anderen Fällen bringt eine Ameise Nahrung zum Nest, um andere Ameisen zu rekrutieren, die sie zur Nahrungsquelle begleiten. Ameisen können auch eine kontinuierliche Spur zwischen der Nahrungsquelle und dem Nest bilden, die über Monate hinweg bestehen bleiben kann. Oder sie können eine Pheromonspur hinterlassen, der die Mitglieder der Kolonie in großer Zahl folgen können – ein Phänomen, das die Forscher „Massenrekrutierung“ nennen.

Ameisennester bestehen aus einem Tunnel, der zu einer Eingangskammer führt, wo Ameisen andere Mitglieder ihrer Kolonie anwerben, um ihnen bei der Nahrungssuche oder beim Transport zu helfen. Von der Eingangskammer führen Tunnel hinunter zu anderen Kammern, die durch Tunnel mit noch tieferen Kammern verbunden sind. Kammern dienen unterschiedlichen Zwecken, beispielsweise der Lagerung von Lebensmitteln und Abfällen sowie der Aufzucht von Jungtieren.

Die Forscher erwarteten, dass bei Ameisenarten, die den Massenrekrutierungsstil der Nahrungssuche nutzen, die Eingangskammern der Nester größer sein würden als bei Nestern anderer Arten, da diese Räume die Interaktion einer größeren Anzahl von Ameisen ermöglichen müssten. Tatsächlich stellten sie fest, dass dies der Fall war.

Allerdings erwarteten die Wissenschaftler auch, dass Nester für die Massenrekrutierung von Sammlern eine größere „Netzwerkdichte“ – also eine größere Anzahl von Verbindungen zwischen den Kammern – aufweisen würden als Nester, die von anderen Arten gebaut wurden. Eine größere Netzwerkdichte, so argumentierten die Wissenschaftler, würde dazu beitragen, die Bewegung von Ameisen und Ressourcen im gesamten Nest zu erleichtern.

Die Untersuchung ergab jedoch, dass die Netzwerkdichte bei Ameisen, die alle vier Futtersuchstrategien repräsentieren, relativ gering war – selbst bei großen Nestern mit Hunderten von Kammern. Tatsächlich ergab die Studie, dass über alle Futtersuchstrategien hinweg die Nester mit den meisten Kammern tendenziell die niedrigste Netzwerkdichte aufwiesen.

In der Arbeit schreiben die Forscher, dass die Entdeckung einfach eine Funktion der Architektur sein könnte: Zu viele Tunnel zwischen den Kammern könnten die strukturelle Integrität des Nestes schwächen, was zum Zusammenbruch des gesamten Systems führen könnte.

„Ameisen müssen die Effizienz stark vernetzter Nester mit architektonischer Stabilität in Einklang bringen“, sagte Pinter-Wollman. „Einerseits wollen sie, dass der Transport schneller wird, aber wenn sie anfangen, zu viele Verbindungen herzustellen, wird das Nest zusammenbrechen.“