Ants: general facts🐜 Ameisen: Grundsätzliches

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Dear Steemians,
ants are the animals I am most interested in. But what makes them so special, so unique among all living species? They are social insects that together, as sometimes called a swarm inelligence, can do remarkable things. Maybe let´s start with some numbers & basic facts first.

Ants are app. 130 mio. years old

Phylogenetic studies (1) showed that the first ant species emerged app. 130 million years ago - as such they are older that some animals which are called living fossils! At that time the dinosaurs dominated earth. So the ants survived the big mass extinction 65 mio. years ago. The picture shows an ant trapped in amber 44 mio. years ago.

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Ants are small, but together they kind of dominate the world

Physicallly they are quite strong for their size – this is well-known, but overall each ant has very limited capacities. Their brain has only 250,000 cells, but this makes them having the biggest brains of all insects (2). Of course nothing against the 100 billion neurons of the human brains. Ant brains mainly analyze various pheromone and smell signals (they communicate via pheromones whereas their eyes are hardly developed), but their capacity for memories is very limited. Each ant (even the ant queen) has no overview about what is ongoing in the colony.
But together they behave like an intelligent animal - without a hierarchy! The queen is not commanding their workers what to do (that would be a too complex task and would slow down the colony). Instead every ant decides autonomously what to do according to simple rules and communicates to any fellow ant she meets (I say she, as the workers are all females). A truely „decentral“ organizational form which is not yet well understood. This allows a fast and flexible reaction to almost any challenge and to undergo also complex endeavors (like building bridges or rafts), one of the reasons that made ants so successful. Another one is their clever division of work, leveraged by an astounding polymorphism.
These two ants (soldier and nurse) are sisters of the same colony, one can be 100 times bigger than the other(3).

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They managed to spread with the currently known 20000 different species to all continents and climate zones (apart from the polar regions). They account for 15–20% of the terrestrial animal biomass, in some regions like the tropical rainforests even 25% or more (4)!
One can say ants dominate Earth ecologically. Humans dominate as species, but not embedded in the ecosystem, but rather parasitic and finally destroying it. Whereas the ants (it is believed that 10 to the power of 16 ants exist at any given timepoint) are the hidden, silent masters who for sure will survive us, as they survived the dinosaurs.
We should be glad that due to the trachaeal respiration (oxygen is brought to the tissues not via blood, but by diffusion) the size of individual ants is limited. If they would have developed lungs, not sure if human beings ever were let to dominate the planet like now.

Ants are merciless predators and the only animals which make war

There are other social insects like bees or termites. But only among the ants there are such merciless predators like the army ants which occur only in the tropic and sub-tropic regions. They invade in millions and attack and feed on anything that moves and isn´t fast enough to escape – even much larger animals like snakes or chicken. There are no scouts like with other ants, in army ants the whole swarm is in action, up to 20 mio. individuals. They manage to overcome any obstacles by creating from their own bodies rafts or bridges.

Those bridges are by the way surprisingly intelligent, even without a leader, but self organized according to a clear cost-benefit ratio. Only that much workers are contributing, so that the total benefit for the colony is not endangered. Nobody knows, how that works (5).

Army ants don´t have a fixed location (like an anthill), but are nomades that swarm during the day (app. 20m per hour), forage, feed on the prey and only during the night they form from their own bodies a structrue called bivouac. By the way, they are blind, but can sense the polarisation of the light and have an „inner clock“. The bivouac looks chaotic but is in fact well organized with elderly workers and soldiers outside, corridors, chambers with the larvae inside, the queen in the center, all made only with the ant bodies.

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The soldiers of the 200 army ant species have so abnormally big jaws (mandibles, for grasping and dismembering prey), that they can´t feed themselves but need to get fed by their smaller sisters through a process called trophallaxis.

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Trophallaxis is by the way most abundant among all ant species, they have a special „social craw“ from which they can retch food and convey it to the fellow ant. It would be much to inefficient if an ant would walk back to her colony if she gets hungry. By the trophollaxis the food is ditributed decentrally!

Sometimes two colonies of the same ant species make war, if f.e. there is a competition for the same source of food. Possible is this because each colony has their unique smell. As weaponry they have of course the mandibles, but also toxic chemicals which they produce in their many glands and which are squirted or injected with a poison sting (but not all ant species do have a sting). Often they bite and then squirt the poison in the place of the bite, like the fireants which are in the USA partly a huge pest.

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But ants are not stupid. A war would harm both opponents. Therefore evolution has developed ritualized warfare or posture fights. Such a posture fight takes only 15s (6).

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By this boundaries between two neighboring colonies are fixed, a fragile peace is obtained and the size of the competing colony is assessed. If a colony finds out that the rival is significantly smaller (tenfold or so) e.g. by the fact that it cannot recruit enough posture fighters, a direct attack can start. Finally the larvae and puppets of the hammered colony are stolen and brought in the own colony and surviving workers are enslaved.

Interestingly army ants never make war against each other. Two reactions are possible at such an encounter: If both swarms are from the same species, they turn around by 180 degree and try to maximize the distance between each other. Are they from different army ant species, they just walk through each other and ignore the others completely! But if they meet other non-army ants, brutal and expensive battles can happen (mostly they win).
Especially battles between army ants and mature colonies of leaf-cutter ants are epic. Those can have huge nests with millions of individuals, spreading over dozens of m2 and reaching down up to 8m below ground. The vegetarian leaf-cutters produce very large body soldiers whose only purpose of life is to defend the colony against an army ant raid (7). Those battles can last for days until the army ants finally break through the defense and sack the chambers with the offspring.
Other ant species have a completely different strategy. As soon as army ants are detected, they grab their offspring and flee. At another place, far from the army ants they just wait. Once the army ants marched on, they return safely.

Ants create their own ecosystems

That is another huge chapter. There are countless animals (mrymecophiles) and plants (myrmecophytes) which live in symbiosis with ants (getting protection by them and giving food or shelter as compensation).
Others have managed to parasitize on ants like many rove beetle species. They have evolved to look, smell and even behave like ants, a perfect example of mimicry! This happened 12 times independently in evolution (8). In the pic you see such a parasitici rove beetle on the head of a giant ant worker.

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More about this in part II.

I hope you enjoyed the read. Please let me know what topics are especially interesting for you, so that I can dive deeper.

(1) http://science.sciencemag.org/content/312/5770/101
(2) http://seismart.de/mehr/tierwelt/haben-ameisen-ein-gehirn-wie-intelligent-sind-ameisen/
(3) https://blogs.lt.vt.edu/fed245/2014/02/02/2-novel-genes-determine-division-of-labor-in-insect-societies/
(4) http://www.pnas.org/content/97/26/14028.full
(5) http://www.kurzweilai.net/army-ants-living-bridges-suggest-collective-intelligence#!prettyPhoto
(6) https://onlinelibrary.wiley.com/doi/pdf/10.1111/j.1440-6055.1982.tb01772.x
(7) http://serious-science.org/ant-wars-6652
(8) http://www.latimes.com/science/sciencenow/la-sci-sn-beetles-ants-imposters-20170316-story.html

Liebe Steemianer,
Ameisen sind die Tiere, an denen ich am meisten interessiert bin. Aber was macht sie so einzigartig im gesamten Tierreich? Sie sind soziale Insekten, die zusammen – als Schwarmintelligenz, erstaunliche Dinge tun können! Aber wo anfangen? Vielleicht mit ein paar Zahlen und Fakten.

Ameisen gibt es schon seit ca. 130 Millionen Jahren

Phylogenetische Studien (1) haben gezeigt, dass erste Ameisenspecies seit ca. 130 Mio. Jahren existieren, somit sind sie älter als so manches lebendes Fossil! Damals herrschten noch die Dinosaurier. Die Ameisen überlebten somit das große Massensterben vor 65 Mio. Jahren. Im Bild sieht man eine in Bernstein vor 44 Millionen Jahren eingefangene Ameise.

Quelle

Ameisen sind klein, aber zusammen dominieren sie den Planeten – auf ihre Weise

Jeder weiß, dass Ameisen für ihre Körpergröße sehr stark sind, aber insgesamt sind die Möglichkeiten einer einzelnen Ameise doch sehr eingeschränkt. Ihr Gehirn hat nur 250 Tausend Zellen – immerhin haben sie damit die größten Gehirne aller Insekten (2). Aber nichts gegen die 100 Milliarden Neuronen des menschlichen Gehirns. Ameisengehirne werten hauptsächlich Pheromon- und andere Duftsignale aus (sie kommunizieren über Pheromone, ihre Augen sind kaum entwickelt), ihre Erinnerungsfähigkeiten sind dagegen minimal. Die einzelne Ameise hat keinen Überblick, was in der Kolonie passiert, nicht einmal die Königin.
Aber zusammen agieren sie wie ein intelligentes Tier! Wobei es aber keine Hierarchie gibt. Die Königin schafft nicht an, was die Untertanen machen sollen (das würde sie überfordern und wäre auch zu langsam). Stattdessen trifft jede Ameise autonom eigene Entscheidungen nach einfachen Regeln und kommuniziert darüber mit den Artgenossen, denen sie begegnet (übrigens „sie“ auch weil die Arbeiterinnen alle weiblich sind). Eine echt „dezentrale“ Organisationsform, die bislang nur wenig verstanden ist. Damit kann ein Ameisenstaat sehr schnell und flexibel auf jede Herausforderung reagieren und komplizierte Vorhaben umzusetzen (z.B. Brücken und Flosse bauen) - einer der Gründe, der die Ameisen so erfolgreich gemacht hat. Ein anderer ist die geschickte Arbeitsteilung, ermöglicht durch einen verblüffenden Polymorphismus.
Diese zwei Ameisen (Soldatin und „Kindergärtnerin“) sind Schwestern der gleichen Kolonie, eine kann bis zu 100mal größer sein als die andere (3).

Quelle

So haben es die Ameisen geschafft, sich mit derzeit bekannten 20000 Arten auf alle Kontinente und Klimazonen (bis auf die Polarregionen) auszudehnen. Im Schnitt machen sie 15-20% der tierischen Landbiomasse in einem Gebiet aus, in tropischen Regenwäldern sogar 25% und mehr (4)!
Man kann sagen, dass Ameisen ökologisch die Erde dominieren. Der Mensch dominiert als einzelne Spezies, aber nicht eingebettet ins Ökosystem, sondern parasitisch, den Lebensraum letztlich zerstörend. Die Ameisen dagegen, von denen es geschätzt 1016 geben soll, sind die heimlichen, unsichtbaren Herrscher, die uns sicherlich überleben werden, so wie sie die Dinosaurier überlebt haben.
Seien wir froh, dass durch die Tracheenatmung (Sauerstoff wird zu den Geweben direkt durch Diffusion gebracht, nicht über Blut) die Körpergröße der Ameisen begrenzt ist. Wenn sie Lungen entwickelt hätten, bezweifle ich, dass der Mensch zu seiner heutigen Position gekommen wäre.

Ameisen sind gnadenlose Räuber und die einzigen Tiere, die Krieg führen

Es gibt auch andere soziale Insekten, wie etwa Bienen und Termiten. Doch nur unter den Ameisen gibt es so gnadenlose und wehrhafte Räuber wie die (ausschließlich in Tropen und Subtropen vorkommenden) Wanderameisen (auch Treiberameisen genannt). Sie ziehen in „Heerzügen“ zu Millionen aus und fressen alles, was sich bewegt und nicht schnell genug entkommen kann - auch wesentlich größerer Tiere wie Schlangen oder Hühner sind nicht sicher vor ihnen. Da gibt es keine Kundschafter wie bei anderen Ameisen, bei Wanderameisen schwärmen alle en mass aus. Wanderameisenvölker können bis zu 20 Millionen Individuen umfassen. Dabei überwinden sie sämtliche Hindernisse, indem sie aus ihren eigenen Leibern Flosse oder Brücken bauen.

Diese Brücken sind übrigens verblüffend intelligent, und das ohne Anführer, sondern selbstgesteuert nach einem strengen Kosten-Nutzen-Verhältnis, d.h. es beteiligen sich nur so viele Arbeiter an der Brücke, dass es nicht zu einem negativen Gesamtbenefit für das Volk kommt. Niemand weiß, wie diese kollektive Intelligenz funktioniert (5).
Sie haben keinen festen Standort (Ameisenhügel), sondern wandern am Tage (ca. 20m pro Stunde), erbeuten und fressen ihre Nahrung und bilden meist erst in der Nacht ein provisorisches Nest aus ihren eigenen Körpern, das Biwak genannt wird. Wanderameisen sind übrigens blind, können sich aber anhand der Polarisation des Lichts orientieren und haben eine „innere Uhr“. Das Biwak erscheint chaotisch, ist aber hochorganisiert mit älteren Arbeitern und Soldaten außen, Gängen und Brutkammern innen, die Königin in der Mitte, alles aus Ameisenleibern geformt!

Quelle.

Die Soldaten der ca. 200 Wanderameisenarten haben so abnorm große Kieferzangen (Mandibeln, zum Packen und Zerlegen der Beute), dass sie selbst sich gar nicht mehr ernähren können, sondern von ihren kleineren Geschwistern ernährt werden müssen, durch Trophallaxie.

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Trophallaxie ist übrigens unter allen Ameisenarten weitverbreitet, sie haben dafür einen „Sozialkropf“, aus dem sie Nahrung hervorwürgen und an ihren Artgenossen weitergeben. Es wäre auch viel zu langsam, wenn Ameisen extra zu ihrer Kolonie zurücklaufen würden, wenn sie Hunger haben. Durch die Trophallaxie wird die Nahrung dezentral verteilt!

Manchmal führen auch zwei Kolonien der gleichen Ameisenart Krieg gegeneinander, wenn es z.B. Wettbewerb um eine Nahrungsquelle gibt. Möglich ist das, da jede Kolonie ihren eigenen Geruch hat. Als Waffen dienen natürlich die Mandibeln, aber auch toxische Chemikalien, die in ihren vielen Drüsen produziert und verspritzt oder mit einem Giftstachel injiziert werden (aber nicht alle Ameisenarten haben einen Stachel). Oft beißen sie und spritzen das Gift dann in die Bißstelle, wie die Feuerameisen, die in den USA teilweise eine riesige Plage sind.

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Aber Ameisen sind nicht dumm. Ein echter Krieg würde ja beide Völker schwächen. Daher hat sich im Lauf der Evolution ein Verhalten entwickelt, das Schaukampf oder ritualisierter Kampf genannt wird. So ein Ritualkampf dauert nur 15s (6).

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Dadurch werden mit minimalen Verlusten Grenzen abgesteckt, ein fragiler Friede etabliert und auch ausgelotet, welche Kolonie stärker ist. Im Idealfall bleibt es dabei, aber wenn eine Kolonie zum Beispiel herausfindet, dass die andere zahlenmäßig eindeutig (ca. zehnfach) unterlegen ist (etwa zuwenige Schaukämpfer rekrutieren kann), kann es auch zum direkten Angriff kommen. Letztlich werden die Larven und Puppen der besiegten Kolonie in die eigene gebracht und die überlebenden Arbeiter versklavt.

Wanderameisen führen interessanterweise niemals Krieg gegen andere Wanderameisen. Wobei zwei Reaktionen beim Zusammentreffen zweier Wanderameisenzüge möglich sind: Sind beide von der gleichen Art, drehen sie beide um 180 Grad um und versuchen den Abstand zu einander zu maximieren, sind sie von verschiedenen Wanderameisenarten, ziehen sie einfach aneinander vorbei, und ignorieren einander! Aber treffen sie auf andere, Nicht-Wanderameisenarten, kann es zu brutalen und oft verlustreichen Gefechten kommen, bei denen sie meist siegreich hervorgehen.
Besonders Kämpfe von Wanderameisen gegen große Blattschneiderameisennester (die selbst Millionen Individuen enthalten, sich über dutzende m2 erstrecken und 8m in die Tiefe gehen), sind in der Natur ein einzigartiges Schauspiel und können Tage dauern, bis die Wanderameisen schließlich durchbrechen und das Nest plündern. Die sich rein pflanzlich ernährenden Blattschneiderameisen haben auch eine Soldatenkaste, deren einziger Daseinszweck es zu sein scheint, sich im Fall einer Wanderameiseninvasion dem Feind entgegenzustellen (7).
Andere Ameisenvölker haben eine andere Strategie. Sowie erste Wanderameisen erkannt werden, packen sie ihre Brut und flüchten. Dann warten sie einfach. Wenn die Wanderameisen weitergezogen sind, kehren sie zu ihrem Bau zurück.

Ameisen bilden ihre eigenen Ökosysteme

Das alleine ist ein riesiges Kapitel. Es gilt unzählige Pflanzen- und Tierarten, die in Symbiose mit Ameisen leben (sie werden beschützt und gaben ihnen dafür Nahrung oder Quartier), oder es geschafft haben, diese zu parasitieren. Nur ein Beispiel: Bestimmte Käferarten (Kurzflügler) haben sogar ihre Gestalt verändert, um als Ameisen durchzugehen (sie haben auch den Geruch angenommen und verhalten sich wie diese) - perfektes Mimikry. Das ist in der Evolution dieser Käfer 12mal unabhängig passiert. Im Bild so ein Kurzflügler am Kopf einer Riesen-Ameisenarbeiterin.

Quelle

Mehr dazu in Teil III.

Ich hoffe, das hat Euch einen ersten Eindruck verschafft. Bitte lasst mich wissen, was Euch speziell interessiert, dann kann ich dazu mehr in die Tiefe gehen.