Forscher entdecken das Geheimnis, wie Termiten ihre riesigen Nester bauen

Termiten sind die Architekten der Natur. Die von ihnen gebauten Nester können eine Höhe von mehreren Metern erreichen, verfügen über komplexe und aufwändige Strukturen und Galerien, die eine effiziente Kommunikation ermöglichen und das Innere des Nestes automatisch auf eine Weise belüften, um die uns menschliche Ingenieure beneiden würden. Wie können Tausende oder Millionen Insekten ihre Arbeit koordinieren, um starke, funktionsfähige Nester für die Kolonie zu bauen?

Eine neue Studie, koordiniert von Andrea Perna, Professorin für komplexe Systeme an der IMT School for Advanced Studies Lucca, und in der Zeitschrift veröffentlicht eLifehat nun den einzigartigen Mechanismus identifiziert, den Termiten nutzen, um solch eine außergewöhnliche Aufgabe zu erfüllen.

Um ihr Laborexperiment an Termiten der Art Coptotermes gestroi (heimisch in Südasien, die sich aber an der Ostküste der Vereinigten Staaten ausgebreitet hat) durchzuführen, schufen die Forscher aus nassem Ton kleine Arenen mit künstlichen Strukturen unterschiedlicher Höhe und Form.

Anschließend sammelten sie kleine Termitenpopulationen aus einer größeren Kolonie und quantifizierten deren Bauverhalten als Reaktion auf diese Strukturen, indem sie die Aktivität aller Termiten in der Population auf Video verfolgten und gleichzeitig Veränderungen in der 3D-Struktur charakterisierten. Auf diese Weise konnten verschiedene Hypothesen getestet werden, um den Koordinationsmechanismus beim Nestbau aufzudecken.

Bei Ameisen, die neben Termiten die andere große Insektengruppe sind, die beispielsweise große und komplexe Strukturen bauen kann, geht man davon aus, dass die Ameisen das Baumaterial mit einem Pheromon durchdringen, einer chemischen Substanz, die andere Ameisen auf den Boden lockt . Er sagt ihnen, wo sie bauen sollen. Auf diese Weise löst die Aktion einer Arbeiterameise die Aktivität anderer Ameisen in einem Prozess der Selbstverstärkung aus.

Wenn Termiten ebenso wie Ameisen auf Pheromone angewiesen waren, um ihre Bautätigkeit zu steuern, sollten sie ihre Baustoffpellets nicht bevorzugt an einem bestimmten Ort ablegen, da in den von den Experimentatoren vorbereiteten künstlichen Arenen keine Pheromone vorhanden waren. Dies war jedoch nicht der Fall: Während überall in der Arena Pellets gesammelt wurden, befanden sich die Ablagerungen alle auf bereits bestehenden Strukturen.

Vielleicht könnten sie die Höhe der kleinen Säulen und die Heterogenität des Bodens bewerten und so weiterhin Baumaterialien auf die bereits vorhandenen Strukturen auftragen. Aber auch das war nicht der Fall: Tatsächlich lagerten Termiten ihre Baupellets mit gleicher Wahrscheinlichkeit auf den kurzen und hohen Pfeilern ab.

Eine andere Hypothese war, dass Termiten in der Lage sein könnten, die Krümmung des Bausubstrats zu erkennen, da einige frühere Modellierungen gezeigt hatten, dass die ständige Zugabe von Granulat an Stellen mit der stärksten Krümmung ausreichte, um sehr komplexe Strukturen zu erzeugen, die Termitennestern bestimmter Arten ähneln.

„In unseren Simulationen haben wir beobachtet, dass kleine Oberflächenheterogenitäten eine stärkere Krümmung aufweisen als das umgebende flache Substrat und sich daher zu einer Säule ausdehnen. Die spitzen Enden der Säulen ziehen wiederum andere Ablagerungen von Baumaterialien an und wachsen weiter, bis sie sich teilen oder.“ Mit dieser einfachen Regel können sehr komplexe Strukturen gebildet werden“, erklärt Giulio Facchini, Erstautor der Studie und Forscher am Institut Matière et Systèmes Complexes des CNRS in Paris, Frankreich.

Wenn die Termiten mit den in den Experimenten bereitgestellten künstlichen Reizen konfrontiert wurden, bauten sie tatsächlich immer lieber an Stellen mit der größten Krümmung, fügten Pellets auf die Oberseite der Säulen (unabhängig von deren Höhe) und wenn eine kleine stimulierte Wand geplant war Am häufigsten fügten sie weiterhin Pellets in die beiden Ecken der Wand ein, die beiden Punkte, an denen die Krümmung ihr Maximum erreicht.

Das Problem ist: Wie konnten Termiten die Krümmung der von ihnen errichteten Strukturen so zuverlässig erkennen? Die Forscher vermuteten, dass Wasserverdunstung und Luftfeuchtigkeit etwas damit zu tun haben könnten.

„Termiten reagieren sehr empfindlich auf Luftfeuchtigkeitskonzentrationen: Im Gegensatz zu den meisten anderen Insekten haben sie ein dünnes Außenskelett und eine weiche Haut, was bedeutet, dass selbst eine längere Exposition gegenüber Luftfeuchtigkeitswerten unter 70 % tödlich sein kann“, erklärt Perna. „Es ist nicht verwunderlich, dass sie diese Feuchtigkeitsgradienten spüren und mit ihrem Verhalten darauf reagieren können.“

Aber wie kann man es beweisen?

„Wir haben eine Lösung gefunden, die von einem der anonymen Gutachter der Zeitschrift als „sehr geniale Low-Tech-Lösung“ beschrieben wurde. eLife: Wir haben Versuchsarenen vorbereitet, die denen von Termiten ähneln, dieses Mal jedoch durch Imprägnieren des Tons mit einer Salzlösung aus Natriumbikarbonat“, erklärt Facchini.

„Als das Wasser in der Salzlösung verdunstete, hinterließ es winzige Salzkristalle, deren Wachstum die Regionen der stärksten Verdunstung markierte: Das waren die Spitzen der Säulen, die Ecken der Wände: genau die gleichen Regionen, die die Termiten hatten für ihre Bautätigkeit ausgewählt!“

„Was uns wirklich überraschte, war die Entdeckung, dass Termiten eine so einfache Lösung für ein sehr komplexes Problem verwenden“, kommentiert Perna.

„In unseren Experimenten ergibt sich die Komplexität von Nestern aus einem einfachen, einfachen Mechanismus: Termiten müssen je nach lokaler Luftfeuchtigkeit nur Materialkörnchen hinzufügen, aber die hinzugefügten Körnchen verändern wiederum das gesamte Verdunstungs- und Feuchtigkeitsmuster und veranlassen andere Termiten dazu an einem anderen Ort bauen usw., bis sehr komplexe Strukturen entstehen.