Originally renowned for their spectacular epigaeic raids, army ants have captured scientific attention for almost two centuries. They now belong to one of the best studied group of ants. However, most of our knowledge about army ants was derived from the study of the minority of specialized, epigaeicly active species. These species evolved probably rather recently from hypogaeic ancestors. The majority of army ant species still leads a hypogaeic life and is almost completely unknown in its entire sociobiology. It thus remained speculative, whether the assumed 'general' characteristics of army ants represent an adaptation to epigaeic activity or apply also to the majority of hypogaeic species. Based on the recent observation that the hypogaeic Asian army ant Dorylus (Dichthadia) laevigatus recruits predictably to palm oil baits, I developed and tested an oil-baiting method for the study of hypogaeic (army)ants. Prior to my study, nothing was known about the sociobiology of the assumed rare D. laevigatus. Throughout my work, I showed D. laevigatus to be very common and abundant in a wide range of habitats in West-Malaysia and on Borneo. Investigating its foraging behavior, I revealed D. laevigatus to differ from epigaeicly active species in several ways. Never demonstrated for any of the epigaeic species, D. laevigatus established stable trunk trail systems. Such a trail system contradicted the perception of army ant foraging, which was believed to be characterized by raids with constantly alternating trail directions. The trunk trail system further enabled a near omnipresence of D. laevigatus within its foraging area, which was also believed to be atypical for an army ant. Raids differed in structure and composition of participating workers from those of epigaeic species. Also, bulky food sources could be exploited over long periods of time. The foraging system of D. laevigatus resembled in several ways that of e.g. leaf-cutter and harvester ants. Likewise contrary to the assumptions, D. laevigatus had a wide food spectrum and showed only little effect on local arthropod communities, even falling itself prey to other ants. Strong aggressive behavior was observed only towards ant species with similar lifestyles, enabling me to provide the first detailed documentation of interspecific fights between two sympatric Dorylus species. Similar to foraging habits or ecological impact, nothing was known about colony size and composition, nesting habits, or worker polymorphism for D. laevigatus or any other hypogaeic Dorylus species prior to my work. By observing and eventually excavating a colony, I showed D. laevigatus to have a much smaller colony size and to lack the large sized workers of epigaeic Dorylus species. Similar to epigaeic Dorylinae, I showed D. laevigatus to have a non-phasic brood production, to emigrate rarely, and to alter its nest form along with habitat conditions. Detailed morphological and geographical descriptions give an impression of the Asian Dorylus species and are expected to aid other researchers in the difficult species identification. The genetic analysis of a male collected at a light trap demonstrated its relation to D. laevigatus. Confirming the male and queen associations, D. laevigatus is now one of five Dorylus species (out of a total of 61), for which all castes are known. In cooperation with D. Kistner, I provide a morphological and taxonomical description of nine Coleopteran beetles associated with D. laevigatus. Behavioral observations indicated the degree of their integration into the colony. The taxonomic position of the beetles further indicated that D. laevigatus emigrated from Africa to Asia, and was accompanied by the majority of associated beetles. The diversity of D. laevigatus guests, which included a number of unidentified mites, was rather low compared to that of epigaeic species. Overall, I demonstrated the developed baiting containers to effectively enable the study of hypogaeic ants. I showed several other hypogaeic ant species to be undersampled by other methods. Furthermore, the method enabled me to documented a second hypogaeic Dorylus species on Borneo. A detailed description of this species' morphology, ecology, and interactions with D. laevigatus is provided. My study indicated D. laevigatus to be an ecologically important species, able to influence soil structure and organisms of tropical regions in many ways. Relating the observed traits of D. laevigatus to epigaeicly active species, I conclude that our assumption of 'general' army ant behavior is erroneous in several aspects and needs to be changed. The oil-baiting method finally provides a tool enabling the location and study of hypogaeic (army)ant species. This opens a broad field for future studies on this cryptic but nonetheless important group of ants. / Bekannt durch ihre spektakulären Massenraubzüge werden Treiberameisen seit fast 200 Jahren wissenschaftlich untersucht und sind nun eine der am besten untersuchten Ameisengruppen. Jedoch basiert unser Wissen über diese Tiere fast ausschließlich auf der Erforschung der kleinen Gruppe der oberirdisch fouragierenden Arten. Diese haben sich jedoch wahrscheinlich erst vor evolutionär relativ kurzer Zeit aus unterirdischen Arten entwickelt. Die weitaus größere Zahl der Arten lebt auch heute noch unterirdisch und ist in ihrer Soziobiologie praktisch unbekannt. Es blieb daher spekulativ, ob die als 'typisch' geltenden Treiberameisencharakteristika nur eine besondere Anpassung an ein oberirdisches Fouragieren darstellen, oder auch auf die unterirdische Mehrheit der Arten zutreffen. Basierend auf die Entdeckung dass die unterirdische asiatische Treiberameisenart Dorylus (Dichthadia) laevigatus voraussagbar an Palmöl-Köder rekrutiert habe ich verschiedene Köderbehälter entworfen und die Eignung der Ködermethode für die Erforschung unterirdischer (Treiber)ameisen untersucht. Vor meiner Arbeit war über die Soziobiologie der als selten geltenden D. laevigatus nichts bekannt. Meine Arbeit zeigte dagegen, dass D. laevigatus sehr häufig und verbreitet ist. Durch die genauere Untersuchung des Fouragierverhaltens konnte ich zeigen, dass sich D. laevigatus von den bekannten, oberirdisch aktiven Arten in mehreren grundlegenden Merkmalen unterscheidet. Das gefundene fest etablierte und lang genutzte Wegesystem von D. laevigatus wurde bisher nie für epigäische Arten gezeigt und widerspricht sogar dem bisherigen Bild des Lebenstyps Treiberameise, für den ständig wechselnde Wegrouten als typisch galten. Dieses Wegesystem verlieh D. laevigatus eine nahe Omnipräsenz in ihrem Fouragiergebiet. Weiterhin wichen Raubzüge in ihrer Struktur und Zusammensetzung der beteiligten Arbeiterinnen von denen oberirdischer Arten ab. Auch konnten große Futtermengen über längere Zeiträume hinweg genutzt werden. Das beobachtete Fouragierverhalten ähnelt daher zum Teil eher dem von Blattscheider- und Ernteameisen als dem oberirdisch jagender Treiberameisen. Ebenfalls entgegen den bisherigen Vermutungen hat D. laevigatus ein breites Nahrungsspektrum und zeigte nur geringen Einfluss auf lokale Bodengemeinschaften. Zum Teil wurde sie selbst zur Beute. Stark aggressives Verhalten konnte ich vor allem gegenüber Arten mit ähnlicher Lebensweise beobachten. Dies erlaubte mir die erste detaillierte Dokumentation interspezifischer Kämpfe zwischen zwei sympatrischen Dorylus Arten. Ähnlich den Fouragiergewohnheiten und des ökologischen Einflusses war bislang auch nichts über Koloniegröße, Nistgewohnheiten und Arbeiterinnen-Polymorphismus von D. laevigatus oder anderen unterirdischen Dorylus Arten bekannt. Nach der Beobachtung und Einsammlung eines Volkes konnte ich zeigen, dass eine D. laevigatus Kolonie bedeutend kleiner ist und ihr die großen Arbeiterinnen fehlen im Vergleich zu oberirdischen Dorylus Arten. Ähnlich den oberirdischen Dorylinae zeigte D. laevigatus eine nicht-phasische Brutproduktion, eher seltene Kolonieumzüge und eine mit dem Habitat variierende Nestform. Detaillierte morphologische und geographische Beschreibungen geben einen Überblick über die asiatischen Dorylus Arten und sollen nachfolgenden Wissenschaftlern bei der schwierigen Artbestimmung unterstützen. Die genetische Analyse eines am Licht gefangenen Männchens weist dies eindeutig D. laevigatus zu. Durch meine Arbeit zählt D. laevigatus nun zu einer von fünf Dorylus Arten (von insgesamt 61), von denen alle Kasten bekannt sind. In Kooperation mit D. Kistner liefere ich eine morphologische und taxonomische Beschreibung von neun mit D. laevigatus assoziierten Käferarten. Verhaltensbeobachtungen geben Aufschluss über den Grad der Assoziation. Die taxonomische Position der Käfer lässt ferner darauf schließen, dass die Ameisen aus Afrika nach Asien emigrierten und der Großteil der assoziierten Käfer dieser Wanderung folgte. Die entwickelten Köderbehälter erwiesen sich als effektiv und gut geeignet für die Untersuchung unterirdischer Ameisen. So konnte ich zeigen, dass unterirdische Ameisenarten in Studien mit anderen Sammelmethoden oft unterrepräsentiert sind. Auch fand ich mit Hilfe der Ködermethode eine zweite, auf Borneo bislang unbekannte Dorylus Art. Morphologie, Ökologie dieser Art sowie Interaktionen mit D. laevigatus werden beschrieben. Meine Studie weist D. laevigatus als eine ökologisch wichtige Art aus, die in vielfacher Weise Bodenstruktur und Bodenorganismen tropischer Regionen beeinflussen kann. Im Vergleich mit den bekannten oberirdisch lebenden Arten komme ich zu dem Schluss, dass unser bisheriges Bild von 'typischen' Treiberameiseneigenschaften in verschiedener Hinsicht nicht zutrifft und geändert werden muss.

Universiẗat, Diss., 2003--Kiel. / Erscheinungsjahr an der Haupttitelstelle: 2002.

University, Diss., 2004--Kiel.

Humans and animals alike use the sun, the moon, and the stars to guide their ways. However, the position of celestial cues changes depending on daytime, season, and place on earth. To use these celestial cues for reliable navigation, the rotation of the sky has to be compensated. While humans invented complicated mechanisms like the Antikythera mechanism to keep track of celestial movements, animals can only rely on their brains. The desert ant Cataglyphis is a prime example of an animal using celestial cues for navigation. Using the sun and the related skylight polarization pattern as a compass, and a step integrator for distance measurements, it can determine a vector always pointing homewards. This mechanism is called path integration. Since the sun’s position and, therefore, also the polarization pattern changes throughout the day, Cataglyphis have to correct this movement. If they did not compensate for time, the ants’ compass would direct them in different directions in the morning and the evening. Thus, the ants have to learn the solar ephemeris before their far-reaching foraging trips. To do so, Cataglyphis ants perform a well-structured learning-walk behavior during the transition phase from indoor worker to outdoor forager. While walking in small loops around the nest entrance, the ants repeatedly stop their forward movements to perform turns. These can be small walked circles (voltes) or tight turns about the ants’ body axes (pirouettes). During pirouettes, the ants gaze back to their nest entrance during stopping phases. These look backs provide a behavioral read-out for the state of the path integrator. The ants “tell” the observer where they think their nest is, by looking back to it. Pirouettes are only performed by Cataglyphis ants inhabiting an environment with a prominent visual panorama. This indicates, that pirouettes are performed to learn the visual panorama. Voltes, on the other hand, might be used for calibrating the celestial compass of the ants. In my doctoral thesis, I employed a wide range of state-of-the-art techniques from different disciplines in biology to gain a deeper understanding of how navigational information is acquired, memorized, used, and calibrated during the transition phase from interior worker to outdoor forager. I could show, that celestial orientation cues that provide the main compass during foraging, do not guide the ants during the look-backbehavior of initial learning walks. Instead Cataglyphis nodus relies on the earth’s magnetic field as a compass during this early learning phase. While not guiding the ants during their first walks outside of the nest, excluding the ants from perceiving the natural polarization pattern of the skylight has significant consequences on learning-related plasticity in the ants’ brain. Only if the ants are able to perform their learning-walk behavior under a skylight polarization pattern that changes throughout the day, plastic neuronal changes in high-order integration centers are induced. Especially the mushroom bogy collar, a center for learning and memory, and the central complex, a center for orientation and motor control, showed an increase in volume after learning walks. This underlines the importance of learning walks for calibrating the celestial compass. The magnetic compass might provide the necessary stable reference system for the ants to calibrate their celestial compass and learn the position of landmark information. In the ant brain, visual information from the polarization-sensitive ocelli converge in tight apposition with neuronal afferents of the mechanosensitive Johnston’s organ in the ant’s antennae. This makes the ants’ antennae an interesting candidate for studying the sensory bases of compass calibration in Cataglyphis ants. The brain of the desert navigators is well adapted to successfully accomplish their navigational needs. Females (gynes and workers) have voluminous mushroom bodies, and the synaptic complexity to store large amount of view-based navigational information, which they acquire during initial learning walks. The male Cataglyphis brain is better suited for innate behaviors that support finding a mate. The results of my thesis show that the well adapted brain of C. nodus ants undergoes massive structural changes during leaning walks, dependent on a changing celestial polarization pattern. This underlies the essential role of learning walks in the calibration of orientation systems in desert ants. / Die Gestirne helfen nicht nur Menschen uns zurecht zu finden, sondern auch Tiere können Sonne, Mond und Sterne für Navigation nutzen. Dabei gilt es aber zu beachten, dass die Himmelskörper ihre Position abhängig von der Tageszeit, den Jahreszeiten und dem Standort auf der Erde verändern. Um anhand von Himmelseigenschaften erfolgreich navigieren zu können, ist es deshalb unerlässlich diese Himmelsrotation zu kennen und für sie zu kompensieren. Menschen haben dafür bereits in der Antike komplizierte Maschinen wie den Antikythera Mechanismus entwickelt, Tiere dagegen brauchen nur ihr Gehirn. Wüstenameisen der Galtung Cataglyphis sind kleine Meisternavigatoren. Sie benutzen einen Himmelskompass, basierend auf der Sonne und dem mit ihr assoziierten Polarisationsmuster des Himmels, und einen Schrittintegrator, um einen Vektor zu bestimmen, der immer genau zu ihrem Ausgangspunkt zurück zeigt. Dieser Orientierungsmechanismus heißt Wegintegration. Da sich allerdings die Position der Sonne am Himmel und damit auch das Polarisationsmuster des Himmels über den Tag verändern, muss Cataglyphis für diese Veränderung kompensieren. Würde sie das nicht tun, würde ihr Kompass morgens in eine ganz andere Richtung als abends zeigen. Deshalb müssen Ameisen den Sonnenverlauf erlernen bevor sie zu ihren weitläufigen Futtersuchläufen aufbrechen. Cataglyphis führt dazu ein strukturiertes Lernlaufverhalten durch während des Übergangs von Innendiensttier zu Sammlerinnen. Dabei laufen die Ameisen in kleinen Schlaufen um ihren Nesteingang und stoppen ihre Vorwärtsbewegung mehrmalig, um Drehungen durchzuführen. Diese Drehungen sind entweder kleine gelaufene Kreise (Volten) oder Drehungen um die eigene Achse (Pirouetten). Nur Cataglyphis, die Gegenden mit einem reichhaltigen visuellen Panorama bewohnen, führen Pirouetten aus bei denen sie zurück zu ihrem Nesteingang schauen. Dies legt nahe, dass während Pirouetten das Panorama gelernt wird. Während Volten wird wohl der Himmelskompass kalibriert. Die Rückdrehungen während ihrer Lernläufe geben die einmalige Möglichkeit, die Ameise zu „fragen“ wo sie denkt, dass ihr Nest sei und damit ihren Wegintegrator auszulesen. In meiner Doktorarbeit kombinierte ich viele biologischen Methoden unterschiedlicher Disziplinen um zu untersuchen wie die Ameisen ihre Navigationssysteme während der ersten Läufe außerhalb des Nestes erlernen, speichern, kalibrieren und später nutzen. Ich konnte zeigen, dass Himmelsinformationen, die bei Sammlerinnen als wichtigster 4 Kompass dienen, nicht für die Orientierung der Rückblicke während Lernläufen dienen. Stattdessen nutzten naive Cataglyphis nodus das Erdmagnetfeld als Kompass. Obwohl Himmelsinformationen nicht als Kompass während der Lernläufe genutzt werden, spielen sie eine essentielle Rolle für neuroplastische Veränderungen im Gehirn der Ameisen. Nur wenn Ameisen ihre Lernläufe unter einem Polaristaionsmuster, das sich über den Tag hinweg verändert, ausführen, kommt es zu plastischen Veränderungen in neuronalen Integrationszentren. Besonders die Pilzkörper, Zentren für Lernen und Gedächtnis, und der Zentralkomplex, Zentrum für Orientierung und Bewegungssteuerung, nehmen im Volumen nach Lernläufen zu. Lernläufe spielen also eine wichtige Rolle für die Kalibrierung der Navigationsinformationen. Das Erdmagnetfeld könnte das für die Kalibierung notwendige erdgebundene, stabile Referenzsystem bieten, an dem die Himmelsbewegung gelernt wird. Im Ameisengehirn laufen visuelle Informationen von den polarisatiossensitiven Ocelli mit Afferenzen des mechanosensitiven Johnstonschen Organ aus der Antenne zusammen. Die Antenne könnte daher eine wichtiges Organ für die Kalibrierung der Orientierungssysteme sein. Das kleine Gehirn der Ameisen ist bestens an ihre Anforderungen als große Navigatoren angepasst. Weibliche C. nodus (Arbeiterinnen und Königinnen) besitzen große Pilzkörper mit einer Anzahl an Synapsen, die es ihnen erlaubt eine Vielzahl von Umgebungsbildern zu speichern, die sie während ihrer initialen Lernläufe lernen müssen. Das männliche Cataglyphis-Gehirn ist besser auf angeborene Orientierungsstrategien angepasst, die ihm helfen einen Geschlechtspartner zu finden. Die Ergebnisse meiner Doktorarbeit zeigen, dass das an die navigatorischen Herausforderungen angepasste Gehirn von C. nodus signifikante neuronale Veränderungen in Abhängigkeit eines sich veränderten Polaristaionsmusters während der Lernläufe erfährt. Dies zeigt die essentielle Rolle der Lernläufe in der Kalibrierung der Navigationssysteme von Wüstenameisen.

Techn. Universiẗat, Diss., 2002--Dresden.

Bees are subject to permanent threat from predators such as ants. Their nests with large quantities of brood, pollen and honey represent lucrative targets for attacks whereas foragers have to face rivalry at food sources. This thesis focused on the role of stingless bees as third party interactor on ant-aphid-associations as well as on the predatory potential represented by ants and defense mechanisms against this threat. Regular observations of an aphid infested Podocarpus for approaching stingless bees yielded no results. Another aim of this thesis was the observation of foraging habits of four native and one introduced ant species for assessment of their predatory potential to stingless bees. All species turned out to be dietary balanced generalists with one mostly carnivorous species and four species predominantly collecting nectar roughly according to optimal foraging theory. Two of the species monitored, Rhytidoponera metallica and Iridomyrmex rufoniger were considered potential nest robbers. As the name implies, stingless bees lack the powerful weapon of their distant relatives; hence they specialized on other defense strategies. Resin is an important, multipurpose resource for stingless bees that is used as material for nest construction, antibiotic and for defensive means. For the latter purpose highly viscous resin is either directly used to stick down aggressors or its terpenic compounds are included in the bees cuticular surface. In a feeding choice experiment, three ant species were confronted with the choice between two native bee species - Tetragonula carbonaria and Austroplebeia australis - with different cuticular profiles and resin collection habits. Two of the ant species, especially the introduced Tetramorium bicarinatum did not show any preferences. The carnivorous R. metallica predominantly took the less resinous A. australis as prey. The reluctance towards T. carbonaria disappeared when the resinous compounds on its cuticle had been washed off with hexane. To test whether the repulsive reactions were related to the stickiness of the resinous surface or to chemical substances, hexane extracts of bees’ cuticles, propolis and three natural tree resins were prepared. In the following assay responses of ants towards extract treated surfaces were observed. Except for one of the resin extracts, all tested substances had repellent effects to the ants. Efficacy varied with the type of extract and species. Especially to the introduced T. bicarinatum the cuticular extract had no effect. GCMS-analyses showed that some of the resinous compounds were also found in the cuticular profile of T. carbonaria which featured reasonable analogies to the resin of Corymbia torelliana that is highly attractive for stingless bees. The results showed that repellent effects were only partially related to the sticky quality of resin but were rather caused by chemical substances, presumably sesqui- and diterpenes. Despite its efficacy this defense strategy only provides short time repellent effects sufficient for escape and warning of nest mates to initiate further preventive measures. / Bienen sind permanent Gefahren ausgesetzt, ihre Nester voll Brut, Pollen und Honig bieten ein ertragreiches Ziel für Räuber und auch bei der Nahrungssuche droht Konkurrenz an den Futterquellen, beispielsweise durch Ameisen. Ziel dieser Arbeit war es zu untersuchen, welche Rolle stachellose Bienen in Australien als dritter Interaktionspartner an Ameisen-Blattlaus-Assoziationen einnehmen, welcher Bedrohung sie durch räuberische Ameisen ausgesetzt sind und wie sie sich gegen diese verteidigen. Regelmäßige Beobachtungen einer von Blattläusen befallenen Steineibe auf Besuche von stachellosen Bienen blieben erfolglos, es wurden keine Anflüge erfasst. Ein weiterer Fokus dieser Arbeit lag auf der Untersuchung des Nahrungseintrags von vier heimischen, sowie einer eingeschleppten Ameisenart zur Erfassung des räuberischen Potenzials gegenüber stachellosen Bienen. Alle Ameisenarten stellten sich als Generalisten mit ausgewogenem Nahrungseintrag heraus. Eine der Arten ernährte sich hauptsächlich räuberisch, während der Eintrag von Nektar für vier Arten die Hauptressource darstellte und annäherungsweise gemäß der „optimal foraging theory“ erfolgte. Zwei der untersuchten Arten, Rhytidoponera metallica und Iridomyrmex rufoniger, wurden als potenzielle Nesträuber eingestuft. Stachellose Bienen können sich nicht durch Stiche verteidigen, sie nutzen daher andere Strategien. Pflanzenharz stellt für Bienen eine vielseitige Ressource dar, welche als Baumaterial, Desinfiziens und auch zur Verteidigung eingesetzt wird. Das Harz wird entweder in zähflüssiger Form dazu verwendet, um Angreifer zu verkleben oder die darin enthaltenen Terpene gelangen in Bestandteilen auf die Oberfläche der Bienen. In einem Futterwahl-Experiment wurden Tetragonula carbonaria und Austroplebeia australis, zwei heimische Bienenarten mit unterschiedlichen Harzsammel-Gewohnheiten und Oberflächenprofilen, drei Ameisenarten als Beute vorgelegt. Während zwei der Ameisenarten, insbesondere die eingeführte Tetramorium bicarinatum, keinerlei Präferenzen zeigte, entschieden sich die karnivoren R. metallica vorrangig für A. australis, deren Oberflächenprofil weniger Harzkomponenten aufwies. Wurden die Oberflächenbestandteile von T. carbonaria durch Waschen mit Hexan entfernt, verschwand auch die Zurückhaltung der Räuber. Um zu untersuchen ob diese Abwehrreaktion durch die Klebrigkeit der Oberfläche oder durch chemische Substanzen verursacht wurde, wurden Hexan-Extrakte der Bienenoberflächen sowie von drei Baumharzen und Nestmaterial angefertigt. Die nachfolgenden Untersuchungen richteten sich daraufhin auf die Beobachtung der Reaktion von Ameisen bei Kontakt mit Extrakt-behandelten Oberflächen. Bis auf einen der Harzextrakte zeigten alle untersuchten Substanzen unterschiedlich stark abstoßende Effekte auf Ameisen. Die eingeführte T. bicarinatum wurde jedoch nicht durch Bienenextrakt in ihrem Verhalten beeinflusst. Eine GCMS-Analyse ergab, dass einige der Harzsubstanzen auch im Oberflächenprofil von T. carbonaria zu finden waren, welches vor allem Übereinstimmungen mit dem Harz von Corymbia torelliana aufwies, einer Pflanze deren Harz für Bienen besonders attraktiv ist. Es zeigte sich, dass nicht nur die Klebrigkeit, sondern auch chemische Substanzen, vermutlich Sesqui- und Diterpene, für abstoßende Effekte verantwortlich sind. Trotz der Effektivität dieses Mechanismus sorgt er nur für eine kurzzeitige Abwehrreaktion, ermöglicht jedoch die Gelegenheit zur Flucht und Warnung von Nestgenossen, sowie zur Einleitung weiterer Gegenwehr.

In the various groups of social bees, different systems of communication about food sources occur. These communication systems are different solutions to a common problem of social insects: efficiently allocating the necessary number of workers first to the task of foraging and second to the most profitable food sources. The solution chosen by each species depends on the particular ecological circumstances as well as the evolutionary history of that species. For example, the outstanding difference between the bumble bee and the honey bee system is that honey bees can communicate the location of profitable food sources to nestmates, which bumble bees cannot. To identify possible selection pressures that could explain this difference, I have quantified the benefits of communicating location in honey bees. I show that these strongly depend on the habitat, and that communicating location might not benefit bees in temperate habitats. This could be due to the differing spatial distributions of resources in different habitats, in particular between temperate and tropical regions. These distributions may be the reason why the mostly temperate-living bumble bees have never evolved a communication system that allows them to transfer information on location of food sources, whereas most tropical social bees (all honey bees and many stingless bees) are able to recruit nestmates to specific points in their foraging range. Nevertheless, I show that in bumble bees the allocation of workers to foraging is also regulated by communication. Successful foragers distribute in the nest a pheromone which alerts other bees to the presence of food. This pheromone stems from a tergite gland, the function of which had not been identified previously. Usage of a pheromone in the nest to alert other individuals to forage has not been described in other social insects, and might constitute a new mode of communicating about food sources. The signal might be modulated depending on the quality of the food source. Bees in the nest sample the nectar that has been brought into the nest. Their decision whether to go out and forage depends not only on the pheromone signal, but also on the quality of the nectar they have sampled. In this way, foraging activity of a bumble bee colony is adjusted to foraging conditions, which means most bees are allocated to foraging only if high-quality food sources are available. In addition, foraging activity is adjusted to the amount of food already stored. In a colony with full honeypots, no new bees are allocated to foraging. These results help us understand how the allocation of workers to the task of food collection is regulated according to external and internal nest conditions in bumble bees. / Innerhalb der sozialen Bienen tritt eine Vielzahl verschiedender Systeme zur Kommunikation über Futterquellen auf. Diese Kommunikationssysteme sind verschiedene Lösungen eines Problems, mit dem alle sozialen Insekten konfrontiert sind: wie lässt sich regulieren, daß die benötigte Anzahl an Arbeiterinnen der Aufgabe des Futtersammelns, und dazu möglichst den besten vorhandenen Futterquellen, zugeteilt wird? Die von einer Art gewählte Lösung hängt von den speziellen ökologischen Rahmenbedingungen, aber auch von der evolutionären Vorgeschichte dieser Art ab. Ein herausragender Unterschied zwischen Honigbienen und Hummeln beispielsweise ist, daß Honigbienen den Ort einer profitablen Futterquelle ihren Nestgenossinnen mitteilen können, was Hummeln nicht tun. Um Selektionsdrücke zu identifizieren, die diesen Unterschied bewirken könnten, habe ich den Nutzen einer solchen Kommunikation quantifiziert. Es zeigt sich, daß dieser Nutzen stark vom Habitat der Bienen abhängt, und daß Kommunikation über den Ort von Futterquellen in temperaten Habitaten unter Umständen keine Vorteile für Bienen bedeutet. Das könnte daran liegen, daß sich die räumliche Verteilung der Ressourcen zwischen Habitaten, und besonders zwischen temperaten Gebieten und den Tropen, unterscheidet. Dieser Umstand könnte der Grund dafür sein, daß die hauptsächlich in temperaten Regionen lebenden Hummeln nie eine Methode zur Kommunikation von Information über den Ort von Futterquellen evolviert haben, während die meisten tropischen sozialen Bienenarten (alle Honigbienen und viele stachellose Bienen) Nestgenossinnen zu bestimmten Orten rekrutieren können. Jedoch stellte sich in meinen Experimenten heraus, daß auch bei Hummeln die Zuordnung von Arbeiterinnen zur Aufgabe des Futtersammelns über Kommunikation reguliert wird. Erfolgreiche Sammlerinnen produzieren ein Pheromon, welches andere Hummeln auf die Präsenz einer Futterquelle aufmerksam macht. Dieses Pheromon stammt aus einer Tergaldrüse am Abdomen, deren Funktion bisher nicht bekannt war. Die Benutzung eines Pheromons zur Kommunikation über Futterquellen im Nest ist von anderen sozialen Insekten bisher nicht bekannt. Das Pheromonsignal wird vermutlich abhängig von der Qualität der Futterquelle moduliert. Hummeln im Nest kosten außerdem den neu eingetragenen Nektar. Ihre Entscheidung auszufliegen und zu sammeln ist sowohl vom Pheromonsignal als auch von der Qualität des von ihnen gekosteten Nektars abhängig. Die Sammelaktivität der Hummelkolonie wird damit an die Sammelbedingungen angepasst – nur wenn profitable Futterquellen vorhanden sind, werden viele Sammlerinnen aktiviert. Zusätzlich hängt die Sammelaktivität von der Vorratssituation im Stock ab. Sind die Honigtöpfe gefüllt, werden keine neuen Arbeiterinnen zum Sammeln aktiviert. Diese Ergebnisse helfen uns zu verstehen, wie bei Hummeln die Anzahl der aktiven Sammlerinnen je nach den Bedingungen innerhalb und außerhalb der Kolonie reguliert wird.

In this thesis, I examined honey bee nectar foraging with emphasis on the communication system. To document how a honey bee colony adjusts its daily nectar foraging effort, I observed a random sample of individually marked workers during the entire day, and then estimated the number and activity of all nectar foragers in the colony. The total number of active nectar foragers in a colony changed frequently between days. Foraging activity did not usually change between days. A honey bee colony adjusts its daily foraging effort by changing the number of its nectar foragers rather than their activity. I tested whether volatiles produced by a foraging colony activated nectar foragers of a non-foraging colony by connecting with a glass tube two colonies. Each colony had access to a different green house. In 50% of all experiments, volatile substances from the foraging colony stimulated nectar foragers of the non-foraging colony to fly to an empty feeder. The results of this study show that honey bees can produce a chemical signal or cue that activates nectar foragers. However, more experiments are needed to establish the significance of the activating volatiles for the foraging communication system. The brief piping signal of nectar foragers inhibits forager recruitment by stopping waggle dances (Nieh 1993, Kirchner 1993). However, I observed that many piping signals (approximately 43%) were produced off the dance floor, a restricted area in the hive where most waggle dances are performed. If the inhibition of waggle dances would be the only function of the brief piping signal, tremble dancers should produce piping signals mainly on the dance floor, where the probability to encounter waggle dancers is highest. To therefore investigate the piping signal in more detail, I experimentally established the foraging context of the brief piping signal, characterized its acoustic properties, and documented for the first time the unique behavior of piping nectar foragers by observing foragers throughout their entire stay in the hive. Piping nectar foragers usually began to tremble dance immediately upon their return into the hive, spent more time in the hive, more time dancing, had longer unloading latencies, and were the only foragers that sometimes unloaded their nectar directly into cells instead of giving it to a nectar receiver bee. Most of the brief piping signals (approximately 99%) were produced by tremble dancers, yet not all tremble dancers (approximately 48%) piped. This suggests that piping and tremble dancing have related, but not identical functions in the foraging system. Thus, the brief piping signals may not only inhibit forager recruitment, but have an additional function both on and off the dance floor. In particular, the piping signal might function 1. to stop the recruitment of additional nectar foragers, and 2. as a modulatory signal to alter the response threshold of signal receivers to the tremble dance. The observation that piping tremble dancers often did not experience long unloading delays before they started to dance gave rise to a question. A forager’s unloading delay provides reliable information about the relative work capacities of nectar foragers and nectar receivers, because each returning forager unloads her nectar to a nectar receiver before she takes off for the next foraging trip. Queuing delays for either foragers or receivers lower foraging efficiency and can be eliminated by recruiting workers to the group in shortage. Short unloading delays indicate to the nectar forager a shortage of foragers and stimulate waggle dancing which recruits nectar foragers. Long unloading delays indicate a shortage of nectar receivers and stimulate tremble dancing which recruits nectar receivers (Seeley 1992, Seeley et al. 1996). Because the short unloading delays of piping tremble dancers indicated that tremble dancing can be elicited by other factors than long unloading delays, I tested whether a hive-external stimulus, the density of foragers at the food source, stimulated tremble dancing directly. The experiments show that tremble dancing can be caused directly by a high density of foragers at the food source and suggest that tremble dancing can be elicited by a decrease of foraging efficiency either inside (e.g. shortage of receiver bees) or outside (e.g. difficulty of loading nectar) the hive. Tremble dancing as a reaction to hive-external stimuli seems to occur under natural conditions and can thus be expected to have some adaptive significance. The results imply that if the hive-external factors that elicit tremble dancing do not indicate a shortage of nectar receiver bees in the hive, the function of the tremble dance may not be restricted to the recruitment of additional nectar receivers, but might be the inhibition or re-organization of nectar foraging. / In meiner Doktorarbeit habe ich die Charakteristika des Nektarsammelns bei Honigbienen mit spezieller Betonung des zugehörigen Kommunikationssytems untersucht. Im Einzelnen habe ich die täglichen Änderungen in der Aktivität und Anzahl der Nektarsammlerinnen einer nicht- manipulierten Kolonie verfolgt, habe getestet, ob Nektarsammlerinnen durch ein chemisches Signal aktiviert werden können, und habe die Auslöser und Charakteristika zweier Signale des Nektarsammelkommunikationssytems, dem kurzen Pipingsignal und dem Zittertanz der Nektarsammlerinnen untersucht. Um die täglichen Änderungen des Sammelaufwandes einer Kolonie zu dokumentieren, habe ich an verschiedenen Tagen die Anzahl und Aktivität (Anzahl Fouragierflüge pro Tag und Biene) der Nektarsammlerinnen einer Kolonie gemessen. Dafür beobachtete ich jeweils den ganzen Tag eine zufällig ausgewählte Gruppe von individuell markierten Arbeiterinnen. Aufgrund der so gewonnen Daten konnte ich die Anzahl und Aktivität aller Nektarsammlerinnen in der Kolonie schätzen. Die Ergebnisse zeigen, dass sich die absolute Anzahl von Nektarsammelerinnen regelmässig von Tag zu Tag änderte wahrscheinlich zurückzuführen auf die täglichen Änderungen im Nektarangebot, während sich die Aktivität der Sammlerinnen gewöhnlich nicht änderte. Die Ergebnisse zeigen, dass eine Arbeiterin eher die Entscheidung trifft zu sammeln oder nicht zu sammeln, statt eine abgestufte Entscheidung über die Anzahl ihrer Sammelflüge. Für eine Honigbienenkolonie bedeutet dies, das ihre Sammeleffizienz stärker durch die Anzahl der Sammlerinnen als durch deren Aktivität reguliert wird. Möglicherweise kann eine vergängliche Nektarquelle besser von vielen Sammlerinnen, die zeitgleich arbeiten, ausgebeutet werden als von weniger Sammlerinnen die zwar ihre Aktivität steigern, aber sequentielle Sammelflüge machen müssen und damit die Quelle vor ihrem Verschwinden nicht vollständig ausbeuten können. Es ist seit langem bekannt, das der Schwänzeltanz der Honigbienen Sammlerinnen aktivieren kann. Ich habe untersucht, ob die flüchtigen Substanzen einer fouragierenden Kolonie die Sammlerinnen einer nicht-fouragierenden Kolonie aktivieren können. Um dies zu testen, verband ich die Eingangsbereiche zweier Kolonien mit einer Glasröhre, so das flüchtige Substanzen von einer zur anderen Kolonie geleitet werden konnten. Jede Kolonie hatte Zugang zu einem separaten Gewächshaus. Während eine der Kolonien gefüttert wurde, wurde die Aktivität der nicht- gefütterten Kolonie gemessen. In 50% der Experimente wurden die Sammlerinnen der Kolonie, die kein Futter zur Verfügung hatte, durch die flüchtige Substanzen aus der fouragierenden Kolonie zu dem Besuch Ihrer leeren Futterstation aktiviert. Die Ergebnisse zeigen damit, dass Honigbienen eine flüchtige Substanz produzieren können, die Sammlerinnen aktiviert. Die Fragen, ob es sich bei dieser Substanz um ein ‘signal’ (speziell für die Situation entwickelt) oder einen ‘cue’ (nicht speziell für die Situtation entwickelt, wirft aber brauchbare Information als Nebenprodukt ab) handelt, sowie die Bedeutung der Substanz für die Sammeleffizienz einer Honigbienekolonie, müssen jedoch noch etabliert werden. Das Pipingsignal der Nektarsammlerinnen stoppt Schwänzeltänze (Nieh 1993, Kirchner 1993). Ich beobachtete, dass viele der kurzen Pipingsignale (ca. 43%) unerwartet nicht auf dem Tanzboden produziert wurden. Die Beobachtungen deuten darauf hin, dass das kurze Pipingsignal nicht nur Schwänzeltänze stopt, sondern auch die Reaktionsschwelle für den Zittertanz senkt. Pipende Zittertänzerinnen fingen sehr frueh nach ihrer Rückehr in den Stock an zu tanzen. Daher untersuchte ich, ob die Zustände an der Futterstelle Zittertänze auslösen kann. Die Experimente zeigen, dass Zittertänze eine direkte Reaktion auf eine hohe Dichte von Sammlerinnen an der Futterstelle sein können. Dies lässt vermuten, dass Zittertänze eine generelle Reaktion sind auf Faktoren, die entweder innerhalb (z.B. durch lange Wartezeit) oder ausserhalb (z.B. durch Schwierigkeiten beim Trinken) des Stockes die Sammeleffizienz senken. Unter natürlichen Umständen scheinen Zittertänze regelmässig eine direkte Reaktion auf Stock-externe Faktoren zu sein, und werden daher einige Bedeutung im Sammelkommunikationssytem haben. Sofern die Stock-externen Faktoren nicht einen Mangel an Nektarabnehmerinnen im Stock anzeigen, könnte es sein, dass der Zittertanz nicht nur Nektarabnehmerinnen rekruitiert, sondern, ähnlich wie die kurzen Pipingsignale der Zittertänzerinnen, der Hemmung oder Re-organisation der Sammelaktivität einer Honigbienen Kolonie dient.

In der Studie wurde die Ernährung und die Verteilung von larvalen und juvenilen Stadien von Plötze (Rutilus rutilus (L.)) und Barsch (Perca fluviatilis L.) untersucht. Untersuchungsgewässer war der Feldberger Haussee, ein geschichteter eutropher Hardwassersee, der seit über 15 Jahren biomanipuliert wurde. Der Bestand an Barschen war in diesem Gewässer im gesamten Biomanipulationszeitraum sehr gering (< 1% der Gesamtfischbiomasse). Längerfristig stabilisiert, aus wissenschafticher Sicht, eine hoher Bestand an piscivoren Barschen die Effekte der Biomanipulation. Ziel der Untersuchung war daher die Überprüfung der Hypothese, dass das Vorhandensein von Konkurrenz um die Ressource Zooplankton zwischen den juvenilen Barsch und Plötzen für den geringen Barschbestand verantwortlich ist (PERSSON & GREENBERG 1990, PERSSON et al. 1991). Die Ergebnisse der Untersuchungen ließen sich in folgenden Punkten zusammenfassen: i) Der juvenile Barsch segregierte in der Hochsommer- bis Herbstperiode in eine spezielle Nahrungsnische. Die beiden Fischarten unterschieden sich deutlich bezogen auf die Art der bevorzugten Zooplankter (0+-Barsch vorwiegend Eudiaptomus, Diaphanosoma, Leptodora; 1+/2+-Plötzen fraßen Cladocerennahrung Bosmina und in hohen Anteilen auch Daphnia). Separation und Aufteilung der Zooplanktonresourcen konnte auch für die bevorzugte Größe der Zooplankter beobachtet werden. Die hohen Wachstumsraten und der gute Konditionszustand des juvenilen Barsches sowie das Fehlen von Wintermortalität ließen konkurrenzinduzierte Mortalität als Begründung für den geringen Bestand nicht glaubhaft erscheinen. ii) Die räuberbedingte saisonale Mortalität der juvenilen Barsche in der Hochsommer- bis Herbstperiode ließ sich bei den 0+-Barschen und 1+-Barschen jeweils auf bis zu 90% einschätzen. Dadurch wurde auch ein starker Jahrgang (wie 1997) innerhalb der ersten zwei Lebensjahre auf bis zu 99% reduziert. iii) Als Alternativhypothese wurde aus den Ergebnissen der Studie und den Bedingungen am Feldberger Haussee gefolgert, dass eine Kombination von langer zooplanktivorer Phase und einem hohen Bestand an effektiven pelagischen Piscivoren (wie Sander lucioperca L.) für den geringen Barschbestand verantwortlich ist. / In the study the feeding behaviour and distribution of larval and juvenile stages of roach (Rutilus rutilus (L.)) and perch (Perca fluviatilis L.) was examined. The object of the study was the Lake Haussee, an stratified eutrophic hardwater lake that was biomanipulated for more than fifteen years. Over the whole period of biomanipulation the portion of perch population did not reach the level of one percent of the total fish biomass. From the scientific point of the view, a high biomass of piscivorous perch may stabilize the effects of biomanipulation in the long run. The aim of the study was to evaluate the hypothesis of strong competitive interaction between juvenile roach and perch for zooplankton, which could be responsible for the minor population of perch in lakes (PERSSON & GREENBERG 1990, PERSSON et al. 1991). The results of the study can be summarised as follows: i) In the period of midsummer to autumn juvenile perch segregated to a special food niche. In comparison to 1+/2+-roach, which fed on cladocerans (e.g. Bosmina and a high portion of Daphnia), 0+-perch preferred Eudiaptomus, Diaphanosoma and Leptodora. Thus, partitioning and separation were also observed for size-selectivity. Furthermore, the high growth rates and the good state of condition of the young perch as well as the lack of winter mortality did not indicate a competitive-induced mortality in the Lake Haussee. ii) In the period of midsummer to autumn the predator-induced seasonal mortality of juvenile perch (groups like 0+/1+) was estimated nearly up to 90 percent. Thereby, also a strong age group (like 1997) of juvenile perch was reduced up to 99 percent within the first two years of life. iii) The results of this study supported an alternative hypothesis: the morphological conditions of Lake Haussee, a prolonged zooplanktivore period of juvenile perch in combination with a strong stock of an effective pelagic piscivore predator (like Sander lucioperca L.) are responsible for the low perch stock.

In der Studie wurde die Ernährung und die Verteilung von larvalen und juvenilen Stadien von Plötze (Rutilus rutilus (L.)) und Barsch (Perca fluviatilis L.) untersucht. Untersuchungsgewässer war der Feldberger Haussee, ein geschichteter eutropher Hardwassersee, der seit über 15 Jahren biomanipuliert wurde. Der Bestand an Barschen war in diesem Gewässer im gesamten Biomanipulationszeitraum sehr gering (< 1% der Gesamtfischbiomasse). Längerfristig stabilisiert, aus wissenschafticher Sicht, eine hoher Bestand an piscivoren Barschen die Effekte der Biomanipulation. Ziel der Untersuchung war daher die Überprüfung der Hypothese, dass das Vorhandensein von Konkurrenz um die Ressource Zooplankton zwischen den juvenilen Barsch und Plötzen für den geringen Barschbestand verantwortlich ist (PERSSON & GREENBERG 1990, PERSSON et al. 1991). Die Ergebnisse der Untersuchungen ließen sich in folgenden Punkten zusammenfassen: i) Der juvenile Barsch segregierte in der Hochsommer- bis Herbstperiode in eine spezielle Nahrungsnische. Die beiden Fischarten unterschieden sich deutlich bezogen auf die Art der bevorzugten Zooplankter (0+-Barsch vorwiegend Eudiaptomus, Diaphanosoma, Leptodora; 1+/2+-Plötzen fraßen Cladocerennahrung Bosmina und in hohen Anteilen auch Daphnia). Separation und Aufteilung der Zooplanktonresourcen konnte auch für die bevorzugte Größe der Zooplankter beobachtet werden. Die hohen Wachstumsraten und der gute Konditionszustand des juvenilen Barsches sowie das Fehlen von Wintermortalität ließen konkurrenzinduzierte Mortalität als Begründung für den geringen Bestand nicht glaubhaft erscheinen. ii) Die räuberbedingte saisonale Mortalität der juvenilen Barsche in der Hochsommer- bis Herbstperiode ließ sich bei den 0+-Barschen und 1+-Barschen jeweils auf bis zu 90% einschätzen. Dadurch wurde auch ein starker Jahrgang (wie 1997) innerhalb der ersten zwei Lebensjahre auf bis zu 99% reduziert. iii) Als Alternativhypothese wurde aus den Ergebnissen der Studie und den Bedingungen am Feldberger Haussee gefolgert, dass eine Kombination von langer zooplanktivorer Phase und einem hohen Bestand an effektiven pelagischen Piscivoren (wie Sander lucioperca L.) für den geringen Barschbestand verantwortlich ist. / In the study the feeding behaviour and distribution of larval and juvenile stages of roach (Rutilus rutilus (L.)) and perch (Perca fluviatilis L.) was examined. The object of the study was the Lake Haussee, an stratified eutrophic hardwater lake that was biomanipulated for more than fifteen years. Over the whole period of biomanipulation the portion of perch population did not reach the level of one percent of the total fish biomass. From the scientific point of the view, a high biomass of piscivorous perch may stabilize the effects of biomanipulation in the long run. The aim of the study was to evaluate the hypothesis of strong competitive interaction between juvenile roach and perch for zooplankton, which could be responsible for the minor population of perch in lakes (PERSSON & GREENBERG 1990, PERSSON et al. 1991). The results of the study can be summarised as follows: i) In the period of midsummer to autumn juvenile perch segregated to a special food niche. In comparison to 1+/2+-roach, which fed on cladocerans (e.g. Bosmina and a high portion of Daphnia), 0+-perch preferred Eudiaptomus, Diaphanosoma and Leptodora. Thus, partitioning and separation were also observed for size-selectivity. Furthermore, the high growth rates and the good state of condition of the young perch as well as the lack of winter mortality did not indicate a competitive-induced mortality in the Lake Haussee. ii) In the period of midsummer to autumn the predator-induced seasonal mortality of juvenile perch (groups like 0+/1+) was estimated nearly up to 90 percent. Thereby, also a strong age group (like 1997) of juvenile perch was reduced up to 99 percent within the first two years of life. iii) The results of this study supported an alternative hypothesis: the morphological conditions of Lake Haussee, a prolonged zooplanktivore period of juvenile perch in combination with a strong stock of an effective pelagic piscivore predator (like Sander lucioperca L.) are responsible for the low perch stock.