Feuerameisen organisieren sich als schwimmendes Floß

Die Ameisen laufen zwar jede für sich allein aber sie bilden eine Superstruktur aus Tausenden – und zusammen können sie ein Floß erzeugen, dass die Grenzen der physikalischen Gesetze dehnt. Zu diesem Ergebnis kommt eine am 25.4.2011 veröffentliche Studie.

Ameisen besitzen Exoskelette, die natürlicherweise hydrophob oder wasserabweisend sind. Eine einzelne Ameise kann wegen dem Auftrieb der neben ihrem Körper gefangenen Luftbläschen und der Oberflächenspannung des Wassers selbst auf Wasser laufen. Allerdings sollte das vervielfachte Gewicht von Tausenden Ameisen sie sinken lassen, wenn sie sich aufeinander befinden. Aber seit Jahren beobachten Biologen, dass Kolonien von Feuerameisen in ihrer Heimat Südamerika überflutete Ebenen und Flüsse hinab treiben.

Zum ersten Mal ist eine Gruppe von Ingenieuren die Frage der schwimmenden Ameisen aus einer physikalischen Perspektive angegangen. Ameisen schweben als eine Gruppe, weil sie Kraft naher Luftblasen ausnutzen können. Wenn sie gegenseitig ihre Kiefer oder Vorderbeine mit der 400-fachen Kraft ihres Körpergewichts umgreifen, sind die Ameisen fähig, kleine Taschen aus Luft zwischen ihnen zu fangen – wie ein Gruppenfloß.

„Die Ameisen sind so eng miteinander verbunden, dass sich Luftpolster zwischen dem Wasser und den Ameisen bilden und das Wasser nirgendwo eindringen kann“, sagte Nathan Mlot, ein Student am Georgia Institute of Technology in Atlanta und einer der Autoren der Studie.

Die unterste Ameisenschicht liegt auf der Wasseroberfläche und die anderen häufen sich auf ihnen an. Sogar wenn sie untertauchen, bringen die Luftpolster sie schnell zurück an die Oberfläche und erlauben ihnen zu atmen. Wenn sie untergehen, spannen die Ameisen ihre Muskeln gemeinsam an und bilden eine engere Bindung.

Um genau zu verstehen, wie die Struktur funktionierte, nahmen die Wissenschaftler ein Floß aus mehreren Tausend Ameisen und tauchten es in flüssigen Stickstoff, wodurch es auf der Stelle gefror. Danach waren sie in der Lage, die Struktur Schicht für Schicht unter einem Elektronenmikroskop zu untersuchen. „Wir waren überrascht, wie wasserdicht das Floß war – seine Fähigkeit, Wasser abzustoßen und weiter zu schweben“, sagte Mlot.

Was, wenn man die Ameisen ertränken wollte? Einfach Seife ins Wasser geben, was die Oberflächenspannung des Wassers drastisch reduziert und das Floß versenkt, sagte Mlot. „Mit Seife werden die Ameisen innerhalb von Sekunden ertrinken, während sie anderenfalls Tage oder Wochen auf dem Floß überleben können.“

Um einige der dynamischen Verhaltensweisen innerhalb des pfannkuchenförmigen Floßes zu testen, nahmen die Forscher sorgfältig Ameise für Ameise vom oberen Ende der Struktur weg. Bald kletterte eine neue Ameise von unten herauf, um die Dicke des Floßes zu erhalten.

„Wir wissen, dass Selbstheilung und Selbstanordnung Eigenschaften von lebenden Organismen sind und wir haben gesehen, dass Ameisenflöße diese Attribute auch in größeren Maßstäben entwickeln“, sagte Mlot. Die Studie wurde heute (25.4.2011) im Journal Proceedings of the National Academy of Sciences veröffentlicht.

„Jede Ameise verrichtet ein kleinen Job aber sie können diese unglaublichen Strukturen bauen“, sagte Kenneth Ross, ein Entomologe der University of Georgia, der nicht an der Studie beteiligt war. Ross sagt, dass die Flöße nicht nur Arbeiterinnen sondern auch die Königin und ihre Brut enthalten – die reproduktiven Zellen des riesigen Superorganismus. Davon ausgehend, was er in seiner Arbeit gesehen hat, bleibt die Königin normalerweise im Zentrum des Floßes, mit einem noch engeren Ball aus Ameisen um sie herum.

Diese Ebene der sozialen Organisation ist nicht alltäglich, sagte Joshua King, ein Insektenökologe an der Central Connecticut State University in New Britain. „Diese Studie bekräftigt, wie einzigartig die kollektiven Verhaltensweisen sozialer Insekten verglichen mit anderen Tieren sind.“

Diese Art Forschung könnte möglicherweise in vielen Fachbereichen behilflich sein, von der Konstruktion besserer Regenjacken bis hin zu denkenden Robotern. Wenn die Ameisen sich an ihren Kiefern und Beinen verbinden, bilden sie ein sehr wasserdichtes Gewebe, das die Basis für Materialien der nächsten Generation für Rettungswesten oder Boote sein könnte. Zusätzlich sind soziale Insekten wie Ameisen seit langer Zeit die Inspiration für unabhängige Roboter, die sich miteinander verbinden und eine größere Struktur aufbauen können.

„Ameisen sind wie kleine Computer, die nach wenigen einfachen Regeln handeln“, sagte Mlot.

Quelle: http://www.insidescience.org/research/fire-ants-assemble-as-a-super-organism

(THK)