The desert ant's celestial compass system

Abstract

Die Wüstenameise, Cataglyphis, orientiert sich vor allem mittels Wegintegration. Über einen Heimvektor, den sie aus Distanz und Richtung einzelner Wegabschnitte berechnet, kann sie auf dem kürzesten Weg zu ihrem Ausgangspunkt zurückkehren. Zur Bestimmung der zurückgelegten Strecken verwendet sie einen Schrittintegrator. Die Laufrichtung wird hauptsächlich über Himmelsinformationen (Polarisationsmuster, Sonnenstand und Spektral- und Intensitätsgradienten) definiert. In dieser Arbeit über die Orientierungsfähigkeit von Cataglyphis fortis wird die Rolle des Polarisationskompasses bei der Bestimmung der Laufrichtung untersucht. In verschiedenen Versuchen wurden der Polarisationskompass der Ameise mit Hilfe eines Polarisationsfilters gezielt manipuliert und künstliche Konfliktsituationen erzeugt. Die Richtungsbestimmung wurde vom Polarisationskompass dominiert, wenn allein die Information des Polarisationskompass und idiothetische Richtungsinformation zur Verfügung standen. Erfuhren die Ameise widersprüchliche Informationen von Sonnen- und Polarisationskompass, berechneten sie eine mittlere Heimlaufrichtung, was eine gemeinsame neuronale Verarbeitung der beiden Signale voraussetzt. Diese These wurde durch Transferexperimente gestützt. In einer weiteren Versuchsreihe wurde die Wahrnehmung des Polarisationsmusters durch direkte Manipulation der entsprechenden Region (DRA) im Ameisenauge untersucht. Standen der Ameise in beiden Augen die frontale oder caudale DRA zur Verfügung führte dies zu einem deutlichen Orientierungsverlust. Die intakte DRA eines Auges erlaubte eine zielgerichtete Fortbewegung, die jedoch von der Erwartungsrichtung abwich. Zusammenfassend zeigen die Ergebnisse der vorliegenden Studie, dass der Polarisationskompass die präziseste Richtungsinformation liefert und den Himmelskompass der Wüstenameise dominiert.

The desert ant, Cataglyphis, navigates predominantly by means of path integration. The information about the distance and direction of individual path segments is integrated into a home vector, which allows the ant to return to the starting point on the shortest way. The distances covered are determined by a stride integrator. The heading direction is inferred mainly via celestial cues: the sky’s polarization pattern, the position of the sun, and the spectral and intensity gradient. This thesis focuses generally on the orientation abilities of Cataglyphis fortis and particularly on the role of the polarization compass to determine the heading direction. In the experiments, the ant’s polarization compass was selectively manipulated using a polarization filter and artificial cue conflict situations were created. The ants relied exclusively on the polarization compass to determine their heading direction if only idiothetic information and information from the polarization compass were available. When the ants experienced contradicting information detected via the sun and the polarization compass systems, an intermediate homing direction was calculated, suggesting a combined neural processing of both signals. This statement was supported by transfer experiments. In a further series of experiments, the input part of the polarization compass was manipulated. Particular regions of the ant’s eye (DRA) that detect polarized light were occluded. Ants with only the frontal or caudal parts of the DRA became disoriented, whereas ants with the entire DRA of one eye were able to perform more precise paths, although deviated from the expected direction. Overall, the results from this thesis suggest that the polarization compass provides the most accurate directional information and dominates the celestial compass system of the desert ant.