(Perytskyy/iStock/Getty Images) Wir Menschen sind vielseitige und versierte Navigatoren, aber Insekten verfügen möglicherweise über noch bessere Navigationsfähigkeiten. Für sie geht es im wahrsten Sinne des Wortes um Leben und Tod – und deshalb haben wir beschlossen, einige Ameisen und Käfer einzufrieren (keine Sorge, sie haben trotzdem überlebt), um mehr darüber zu erfahren, wie sie sich nach einem Ausflug an den Heimweg erinnern.
Ihre Fähigkeiten sind ziemlich beeindruckend. Ameisen, die in den Sahara-Salzpfannen leben, können mehr als einen Kilometer zurücklegen und wissen jederzeit, wo sie sich in Bezug auf ihr Nest befinden. In diesem Gelände gibt es keine Orientierungspunkte oder andere Merkmale, anhand derer die Ameisen erkennen könnten, wo sie sich befinden.
Stattdessen nutzen die Ameisen, ähnlich wie die großen Entdecker wie Christoph Kolumbus und Ferdinand Magellan, den Sonnenstand am Himmel als Kompass und ihre eigene Bewegung, um Entfernungen abzuschätzen. Wenn Sie die Richtung und Entfernung kennen, die Sie von zu Hause weggegangen sind, können Sie eine Linie zeichnen, die dorthin zurückführt. Dies ermöglicht den Ameisen einen sicheren Aufenthalt nach Hause zurückkehren nachdem ich Nahrung gefunden habe.
Um einen Eindruck davon zu bekommen, was diese bemerkenswerten Insekten leisten, bedenken Sie, dass 1 Kilometer etwa dem 100.000-fachen der Körperlänge einer Ameise entspricht. Das ist so, als ob ein Mensch von New York nach Washington, D.C. und dann zurück läuft und jederzeit weiß, in welche Richtung er gehen muss und wie weit er gehen muss, ohne Orientierungspunkte zu verwenden.
Wir wollten mehr darüber erfahren, wie sie das machen.
Im Insektengehirn
Dank jüngster Entwicklungen in der Mikroskopie und Genetik konnten Wissenschaftler verschiedene Gehirnzellen herstellen strahlen verschiedene Farben aus aus Licht.
Diese große Errungenschaft ermöglichte es den Forschern, einzelne Neuronen zu unterscheiden und zu entschlüsseln, wie sie in den neuronalen Spaghetti, aus denen das Gehirn besteht, miteinander verbunden sind.
Die Technik wurde verwendet, um zu sehen, wie das Gehirn eines Insekts seine Richtung verfolgt – und um Gehirnzellen zu identifizieren, die dies tun Kodieren Sie die Geschwindigkeit eines Insekts während es sich bewegt.
Anhand dieser Informationen kann sein Gehirn berechnen, wie weit es zurückgelegt hat, indem es während der Fahrt ständig die aktuelle Geschwindigkeit in seinen Speicher einträgt.
Sowohl die Richtung als auch die Entfernung, die das Insekt zurücklegt, werden von Neuronen in seinem Gehirn kodiert, während es sich von seinem Nest entfernt. Doch wie wird das in ihrem Gedächtnis gespeichert, damit sie den Weg zurück finden können?
Erinnerung erforschen
Um ehrlich zu sein, war es ein ziemlich rätselhaftes Rätsel. Die sich schnell bewegenden Navigationsinsekten müssen ihre Erinnerung an Richtung und Entfernung ständig im Flug aktualisieren und können sich diese dennoch mehrere Tage lang merken.
Diese beiden Aspekte des Gedächtnisses – schnelle Aktualisierung und lange Lebensdauer – gelten normalerweise als unvereinbar, doch Insekten scheinen es zu schaffen, sie zu kombinieren.
Wir Machen Sie sich daran, genau zu untersuchen, wie Insekten schaffen es, sich über einen langen Zeitraum hinweg ständig zu aktualisieren – und wir kamen zu dem Schluss, dass das Einfrieren der Insekten der beste Weg ist, die Antwort zu finden.
Klingt seltsam, ich weiß, aber lassen Sie mich erklären, warum.
Anästhesisten wissen, dass jemand, der unter Narkose steht, bestimmte Dinge vergisst, die vor der Narkose passiert sind, sich aber an andere erinnert, je nachdem, wie diese Erinnerungen gespeichert sind.
Der Anästhesie kommt bei Insekten am nächsten, sie abzukühlen. Wenn ihre Temperatur auf die Temperatur des schmelzenden Eises (0 °C) sinkt, hört die elektrische Aktivität im Gehirn auf und die Insekten fallen ins Koma.
Wenn ihre Richtungs- und Distanzgedächtnisse als kurzfristige elektrische Aktivität erhalten bleiben, werden sie beim Einfrieren gelöscht – wenn sie jedoch in Synapsen zwischen Neuronen (als Langzeitgedächtnisse) gespeichert werden, bleiben sie erhalten.
Also haben wir Ameisen und Käfer gefangen, wenn sie nicht in der Nähe ihrer Nester waren kühlte sie ab 30 Minuten lang auf die Temperatur des schmelzenden Eises (0 ºC) herunterkühlen. Dann brachten wir sie wieder auf Umgebungstemperatur und ließen sie, sobald sie sich erholt hatten, an einem unbekannten Ort frei, um zu sehen, was sie tun würden.
Wenn diese Insekten an einem unbekannten Ort in ihrer häuslichen Umgebung freigelassen werden, rennen sie normalerweise direkt dorthin, wo sich ihr Nest befunden hätte, wenn sie nicht vertrieben worden wären.
Das heißt, sie würden parallel zu ihrem normalen Weg laufen und sobald sie die erwartete Distanz zurückgelegt hätten, würden sie mit der Suche nach dem Eingang ihres Nestes beginnen.
Wir stellten jedoch fest, dass sich die eingefrorenen Insekten in die erwartete Richtung bewegten, aber vergessen hatten, welche Distanz sie zurücklegen sollten – das bedeutete, dass sie zu früh mit der Suche nach dem Eingang zu ihrem Nest begannen.
Es war zunächst rätselhaft, dass sich das Distanzgedächtnis verschlechterte, während das Richtungsgedächtnis erhalten blieb – dieses Ergebnis führte nicht zu der klaren Unterscheidung zwischen Kurzzeitgedächtnis (vergessen) und Langzeitgedächtnis (konserviert), wie wir erwartet hatten.
Wir glauben jedoch, dass die beste Erklärung für das Phänomen nicht zwei separate Erinnerungen sind, sondern ein gemeinsamer Speicher, der sowohl die Richtung als auch die Entfernung zusammen kodiert – und beim Einfrieren teilweise zerfällt.
So funktioniert es unserer Meinung nach.
Stellen Sie sich vor, dass Sie sich statt einer Entfernung und einer Richtung (oder eines Winkels) Ihre Position in x-y-Koordinaten merken, also die Kartesisches Koordinatensystem das haben wir in der Schule gelernt.
Wenn Sie dann einen Teil Ihres Gedächtnisses verlieren, werden sowohl Ihre x- als auch Ihre y-Werte reduziert, und wenn Sie davon ausgehen, dass Sie in beiden Achsen einen ähnlichen Anteil an Gedächtnis verlieren, erhalten Sie am Ende eine kürzere Distanz, aber immer noch den gleichen Winkel oder die gleiche Richtung.
Es scheint, dass Insekten schon lange bevor René Descartes das Konzept formalisierte, kartesische Koordinatensysteme nutzten, um nach Hause zu gelangen. Wie cool ist das?
Ob Mensch oder Insekt, wir alle müssen nach Hause zurückkehren. Wenn wir lernen, wie sich Insektengehirne erinnern, können wir besser verstehen, wie wir Menschen es auch tun. 
John Pisokas , Doktorand in Computational Neuroscience und BioRobotics, Universität von Edinburgh ; Ajay Narendra , Dozent an der Fakultät für Naturwissenschaften, Macquarie Universität , Und Ayse Yilmaz-Heusinger , Postdoktorand in Funktioneller Zoologie, Universität Lund .
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