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    Sonderforschungsbereich 1047

    Projekt B6 Rössler/Wehner

    Die Neuronale Basis der Orientierung in Zeit und Raum bei Ameisen der Gattung Cataglyphis

    Zusammenfassung

    Wüstenameisen der Gattung Cataglyphis orientieren sich während der Futtersuche überwiegend visuell. Für die Rückkehr zum Nest nach langen und teils komplizierten Suchläufen verwenden sie ein Wegintegrationssystem, welches die Orientierung nach einem Sonnenkompass und anhand von Landmarken beinhaltet. Cataglyphis fortis bewohnt Salzwüsten in Nordafrika – extrem flache und fast Landmarken-freie Habitate – und orientiert sich überwiegend am Polarisationsmuster des Himmels. Wir verwenden diese extrem angepassten Wüstenameisen als Modellsysteme zur Untersuchung von zwei grundlegenden Timing-Aspekten in der Sonnenkompass-Orientierung:

    1. Ontogenetische Kalibrierung: die natürliche Verhaltensentwicklung der Ameisen beinhaltet eine Phase im dunklen Nestinneren gefolgt von einer kürzeren Phase des Fouragierens bei hellem Tageslicht. Wir testen die Hypothese, dass der Sonnenkompass beim Übergang vom dunklen Nestinneren nach Draußen auf die jahreszeitlichen und geographischen Bedingungen des Sonnenverlaufs (Ephemeris Funktion) kalibriert wird. Hierzu sollen neuroplastische Veränderungen in der Sehbahn untersucht werden, insbesondere wodurch diese ausgelöst werden und wie die zugrundeliegenden Prozesse zeitlich getriggert werden.
    2. Circadiane Kompensation: ein Sonnenkompass-basiertes Wegintegrationssystem muss zeitkompensiert sein, um Orientierung zu verschiedenen Tageszeiten (Sonnenstand) zu gewährleisten. Wir testen die Hypothese, dass diese Kompensation über die circadianen Innere Uhr und mit Hilfe des visuellen Horizonts als erdfestem Bezugssystem erfolgt. Hierzu wollen wir Uhrneurone im Gehirn der Wüstenameise und deren Interaktion, insbesondere mit der Polarisationssehbahn untersuchen. Das Projekt kombiniert Verhaltensexperimente (Freiland, Labor) mit neuronalen und endokrinen Analysen zur Lösung fundamentaler Fragen der zeitlichen Steuerung der ontogenetischen und circadianen Kalibrierung sensorischer Prozesse, die der räumlichen Orientierung zugrundeliegen.

    Bild 1: Wüstenameise Cataglyphis fortis (oben) und Immunfärbung des Gehirns von C. fortis.

    Publikationen

    • Fleischmann, P., Grob, R., Müller, V. L., Wehner, R., and Rössler, W. (2018) The geomagnetic field is a compass cue in Cataglyphis ant navigation, CURR BIOL - accepted.
       
    • Fleischmann, P. N. (2018) Starting foraging life: Early calibration and daily use of the navigational system in Cataglyphis ants, PhD Thesis, University of Wuerzburg.
       
    • Schmitt, F. (2017) Neuronal basis of temporal polyethism and sky-compass based navigation in Cataglyphis desert ants, PhD Thesis, University of Wuerzburg.
       
    • Yilmaz, A., Dyer, A. G., Rössler, W., and Spaethe, J. (2017) Innate colour preference, individual learning and memory retention in the ant Camponotus blandus, Journal of Experimental Biology 220, 3315--3326.
       
    • Fleischmann, P. N., Grob, R., Wehner, R., and Rössler, W. (2017) Species-specific differences in the fine structure of learning walk elements in Cataglyphis ants, Journal of Experimental Biology 220, 2426--2435.
       
    • Grob, R. *, Fleischmann, P. N. *, Grübel, K., Wehner, R., and Rössler, W. (2017) The Role of Celestial Compass Information in Cataglyphis Ants during Learning Walks and for Neuroplasticity in the Central Complex and Mushroom Bodies, Frontiers in Behavioral Neuroscience 11, 226.
       
    • Rössler, W., Spaethe, J., and Groh, C. (2017) Pitfalls of using confocal-microscopy based automated quantification of synaptic complexes in honeybee mushroom bodies (response to Peng and Yang 2016), Scientific Reports 7, 9786.
       
    • Schmitt, F., Vanselow, J. T., Schlosser, A., Wegener, C., and R"ossler, W. (2017) Neuropeptides in the desert ant Cataglyphis fortis: Mass spectrometric analysis, localization, and age-related changes, J Comp Neurol 525, 901--918.
       
    • Schmitt, F., Stieb, S. M., Wehner, R., and Rössler, W. (2016) Experience-related reorganization of giant synapses in the lateral complex: Potential role in plasticity of the sky-compass pathway in the desert ant Cataglyphis fortis, Developmental Neurobiology 76, 390--404.
       
    • Becker, N., Kucharski, R., R"ossler, W., and Maleszka, R. (2016) Age-dependent transcriptional and epigenomic responses to light exposure in the honey bee brain, FEBS Open Bio.
       
    • Fleischmann, P. N., Christian, M., M"uller, V. L., R"ossler, W., and Wehner, R. "udiger. (2016) Ontogeny of learning walks and the acquisition of landmark information in desert ants, Cataglyphis fortis, Journal of Experimental Biology jeb--140459.
       
    • Held, M., Berz, A., Hensgen, R., Münz, T., Scholl, C., Rössler, W., Homberg, U., and Pfeiffer, K. (2016) Microglomerular synaptic complexes in the sky-compass network of the honeybee connect parallel pathways from the anterior optic tubercle to the central complex, Frontiers in Behavioral Neuroscience 10, 186.
       
    • Falibene, A., Roces, F., Rössler, W., and Groh, C. (2016) Daily Thermal Fluctuations Experienced by Pupae via Rhythmic Nursing Behavior Increase Numbers of Mushroom Body Microglomeruli in the Adult Ant Brain, Frontiers in Behavioral Neuroscience 10, 73.
       
    • Muenz, T. S., Groh, C., Maisonnasse, A., Le Conte, Y., Plettner, E., and Rössler, W. (2015) Neuronal plasticity in the mushroom body calyx during adult maturation in the honeybee and possible pheromonal influences, Developmental Neurobiology 75, 1368--1384.
       
    • Scholl, C., K"ubert, N., Muenz, T. S., and R"ossler, W. (2015) CaMKII knockdown affects both early and late phases of olfactory long-term memory in the honeybee, Journal of Experimental Biology 218, 3788--3796.
       
    • Falibene, A., Roces, F., and Roessler, W. (2015) Long-term avoidance memory formation is associated with a transient increase in mushroom body synaptic complexes in leaf-cutting ants, Frontiers in Behavioral Neuroscience 9.
       
    • Schmitt, F., Vanselow, J. T., Schlosser, A., Kahnt, J., Rössler, W., and Wegener, C. (2015) Neuropeptidomics of the carpenter ant Camponotus floridanus, J Proteome Res 14, 1504-1514.
       
    • Scholl, C., Wang, Y., Krischke, M., Mueller, M. J., Amdam, G. V., and Rössler, W. (2014) Light exposure leads to reorganization of microglomeruli in the mushroom bodies and influences juvenile hormone levels in the honeybee, Developmental Neurobiology 74, 1141--1153.
       
    • Groh, C., Kelber, C., Gr"ubel, K., and R"ossler, W. (2014) Density of mushroom body synaptic complexes limits intraspecies brain miniaturization in highly polymorphic leaf-cutting ant workers, Proceedings of the Royal Society of London B: Biological Sciences, The Royal Society 281.
       
    • Ahmed, Z., Zeeshan, S., Fleischmann, P., R"ossler, W., and Dandekar, T. (2014) Ant-App-DB: a smart solution for monitoring arthropods activities, experimental data management and solar calculations without GPS in behavioral field studies, F1000Research, Faculty of 1000 Ltd 3.
       
    • Wehner, R., and Rössler, W. (2013) Bounded plasticity in the desert ant’s navigational tool kit. In Handbook of Behavioral Neuroscience, Elsevier Science.
       

    Kontakt/Contact

    Prof. Dr. Wolfgang Rössler
    Behavioral Physiology and Sociobiology (Zoology II)
    University of Würzburg, Biozentrum
    Am Hubland
    97074 Würzburg, Germany

    Phone: +49 931 31 83406
    Fax:   +49 931 31 84309
    Mail:   roessler@biozentrum.uni-wuerzburg.de
    Web:  Homepage von Wolfgang Rössler   

    Prof Dr. Rüdiger Wehner
    Universität Zürich
    Brain Research Institute       
    Winterthurerstrasse190
    CH-8057 Zürich, Switzerland

    Phone: +41 446354813
    Fax:    +41 44 635 5716
    Mail:   rwehner@zool.unizh.ch
    Web:  Homepage von Rüdiger Wehner