Insekten orientieren sich mithilfe des Farbgradienten und Polarisationsmusters des Himmelslichts Heuschrecken „scannen“ Farbverlaufs des Himmels - scinexx | Das Wissensmagazin
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Insekten orientieren sich mithilfe des Farbgradienten und Polarisationsmusters des Himmelslichts

Heuschrecken „scannen“ Farbverlaufs des Himmels

Wo steht die Sonne? Die Grafik deutet an, wie die Heuschrecke im Experiment einem künstlichen Lichtreiz ausgesetzt wird. Nicht gezeigt ist, wie die elektrischen Signale der Gehirnzellen durch Messinstrumente aufgenommen werden. © Keram Pfeiffer

Wie sich Heuschrecken orientieren war bisher noch nicht endgültig geklärt. Jetzt haben Neurobiologen herausgefunden, dass Nervenzellen im Hirn der Insekten sowohl auf den Farbgradienten als auch auf das Polarisationsmuster des Himmelslichts reagieren.

Heuschrecken verfügen über die erstaunliche Fähigkeit, sich an der Polarisation des blauen Himmelslichts zu orientieren: Aus der Richtung, in der die elektrischen Feldvektoren der Lichtstrahlen schwingen, „berechnen“ sie, wohin sie fliegen.

Dies allerdings ist nur die halbe Antwort auf die Frage nach dem Orientierungsvermögen der Wüstenheuschrecke Schistocerca gregaria: „Die Polarisation gibt der Heuschrecke nur Auskunft darüber, entlang welcher gedachten Linie die Sonne zu suchen ist, nicht aber darüber, an welchem Ende der Linie“, erklärt der Marburger Neurobiologe Professor Uwe Homberg.

„Noch entscheidender aber ist, dass sich das Polarisationsmuster des Himmels während der Bewegung der Sonne im Tagesverlauf ständig verändert. Das heißt also: Zum Wissen über die Polarisationsrichtung müssen weitere Informationen über den aktuellen Sonnenstand hinzukommen.“, so Homberg weiter.

Wie Heuschreckenhirne die fehlenden Informationen gewinnen, beschreiben Homberg und sein Mitarbeiter Keram Pfeiffer vom Fachbereich Biologie der Universität Marburg nun im internationalen Fachjournal Current Biology.

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Heuschrecken erkennen „richtige“ Himmelshälfte an der Farbe

„Wir haben Nervenzellen im optischen Tuberkel des Heuschreckenhirns identifiziert, die nicht nur die Polarisationsrichtung des blauen Himmelslichts verarbeiten“, so Homberg. „Zusätzlich nämlich können sie anhand des Farbverlaufs des Himmels ‚berechnen‘, in welcher Richtung die Sonne tatsächlich zu suchen ist.“

Heuschreckenkopf von oben. Für die Wahrnehmung der Polarisationsrichtung des Himmelslichts sind die nach oben gerichteten "dorsalen Randregionen" der Augen verantwortlich (dunkler Bereich des hinteren Auges). © Keram Pfeiffer

Letztere Fähigkeit basiert auf dem Phänomen, dass die „Himmelshälfte“, in der die Sonne steht, über einen größeren Anteil an grünwelligem Licht, die entgegengesetzte Hälfte hingegen über einen vergleichsweise großen Ultraviolettanteil verfügt. Indem bestimmte Neuronen unterschiedlich auf die beiden Lichtfarben reagieren, liefern sie also die fehlende Information.

Teilweise aufgeklärt ist nun auch die Frage, wie es der Heuschrecke gelingt, den Lauf der Sonne – und das sich dabei verändernde Polarisationsmuster des Himmels – zu berücksichtigen. „In unseren Experimenten haben wir herausgefunden, dass sich die Polarisationsrichtung, auf die die Neuronen am stärksten reagieren, im Tagesverlauf verändert“, sagt Homberg.

Starke genetische Komponente vorhanden

Tagesperiodische Änderungen in der Sonnenhöhe und damit im Polarisationsmuster des Himmels können so ausgeglichen werden. Dieser Effekt dürfte „eine starke genetische Komponente“ haben, vermutet der Neurobiologe, denn die Variabilität der Polarisationswahrnehmung scheint an den Sonnenverlauf im nördlichen Afrika, der ursprünglichen Heimat der Wüstenheuschrecke, angepasst zu sein – und das, obwohl „seine“ Heuschrecken in Marburg aufgezogen wurden.

Nach wie vor offen ist allerdings, auf welche Weise die horizontale Wanderung der Sonne im Tagesverlauf kompensiert wird. Dass dies geschieht, gilt allerdings als sicher, denn schließlich gelingt es den Tieren während ihrer Wanderungszeiten, mittels ihres „Himmelskompasses“ Hunderte Kilometer lange Strecken geradlinig zu überwinden. „Doch auch diese letzte Frage nehmen wir derzeit in Angriff“, so Homberg. „Wir vermuten, dass diese Kompensation in neuronalen Strukturen stattfindet, die der Flugsteuerung der Heuschrecken umittelbar vorgelagert sind.“

(idw – Universität Marburg, 05.06.2007 – )

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