This thesis explores the influence of social and environmental cues on the nest building behavior of leaf-cutting ants. Especially, the investigations are aimed at evaluating the mechanisms of nest building and how the nest environment can spatially guide building responses that lead to an adaptive nest architecture. The emergence of nest chambers in the nest of the leaf-cutting ant Acromyrmex lundi were evaluated. Rather than excavating nest chambers in advance, at places where workers encounter suitable environmental conditions for brood and fungus rearing, these items have to be present at a site. When presented in the laboratory with a choice between two otherwise identical digging sites, offering suitable environmental conditions, but one containing brood, the workers displayed a higher excavation activity at the site where they encountered the putative content of a chamber. The shape of the excavated cavity was also more round and chamber-like. It is concluded that leaf-cutting ants respond to social cues during nest building. Excavation is a costly process and colonies have to spend a part of their energy stores on nest building, so that regulatory responses for the control of nest excavation are expected to occur. Worker density at the beginning of the digging process influenced digging activity while the presence of in-nest stores did not. Stored brood and fungus did however influence the architecture of the excavated nest, leading to the excavation of larger chambers and smaller tunnels. While self-organized mechanisms appear to be involved in the nest building process, the social cues of the ants’ environment during building clearly influence the nest architecture and lead to an adjustment of the nest size to the current space needs of the colony. Workers secondarily regulated nest size by the opportunistic refilling of unused space with excavated soil pellets. As the ants should provide suitable conditions for brood and fungus rearing, they should show a behavioral response to CO2 concentrations, as the gas is known to hinder fungus respiration. Workers of A. lundi did indeed avoid high CO2-levels for fungus rearing but actually preferred CO2-values in the range encountered close to the soil surface, where this species excavates their nests. However, different CO2-levels did not affect their excavation behavior. While fungus chambers make up part of a leaf-cutting ant nest, most leaf-cutting ants of the genus Atta also spent part of the colony’s energy on excavating large, voluminous chambers for waste disposal, rather than scattering the material aboveground. It is expected that leaf-cutting ants also show environmental preferences for waste management. In experiments Atta laevigata workers preferred deposition in a warm and dry environment and showed no preference for specific CO2-levels. The continued accumulation of waste particles in a waste chamber seems to be based on the use of volatiles. These originate from the waste itself, and seem to be used as an orientation cue by workers relocating the material. The ensuing large accumulation of waste at one site should result in the emergence of more voluminous chambers for waste disposal. / Diese Arbeit erforscht den Einfluss von sozialen und Umwelt-Hinweisen auf das Nestbauverhalten von Blattschneider-Ameisen. Die Untersuchungen sind besonders darauf gerichtet, die Mechanismen des Nestbaus zu erforschen, und wie die Umgebung des Nestes Bau-Antworten räumlich beeinflussen kann, wodurch eine adaptierte Nestarchitektur entsteht. Die Entstehung von Nestkammern in Nestern der Blattschneiderameise Acromyrmex lundi wurde untersucht. Anstatt Nestkammern im Voraus zu graben, an Orten an denen Arbeiterinnen geeignete Umweltbedingungen für Brut- und Pilzwachstum vorfinden, müssen diese Elemente an dieser Stelle anwesend sein. Wenn Arbeiter im Labor die Wahl hatten, an identischen Grabeorten zu graben, aber ein Grabeort ebenfalls Brut anbot, kam es zu einer höheren Grabeaktivität an dem Ort, an dem der voraussichtliche Inhalt einer Kammer, Brut und Pilz, anwesend war. Die Form des gegrabenen Hohlraumes war außerdem runder und entsprach mehr der einer Kammer. Es wurde geschlussfolgert, dass Blattschneiderameisen auf die Anwesenheit dieser sozialen Hinweise während des Nestbaus reagieren. Graben ist ein kostspieliger Prozess und Kolonien müssen einen Teil ihrer Energiereserven für den Nestbau aufwenden. Daher werden regulatorische Prozesse für die Kontrolle des Nestgrabens erwartet. Die Dichte der Arbeiter zu Beginn des Grabeprozesses beeinflusste die Grabeaktivität, während die Anwesenheit von Brut und Pilz dies nicht taten. Anwesende Brut und Pilz beeinflussten hingegen die Architektur des gegrabenen Nestes und führten zum Graben von größeren Kammern und kleineren Tunneln. Während Mechanismen der Selbst-Organisation am Nestbau-Prozess beteiligt sind, beeinflussen die sozialen Hinweise während des Nest-Baus anscheinend die Nest-Architektur und führen zu einer Anpassung der Nestgröße an die momentanen Ansprüche der Kolonie. Arbeiterinnen regulierten sekundär die Nestgröße, indem sie opportunistisch ungenutzten Platz mit ausgegrabenen Pellets auffüllen. Da die Ameisen Brut und Pilz unter geeigneten Umweltbedingungen entwickeln sollten, sollten sie Verhaltensantworten auf verschiedene CO2 Konzentrationen zeigen, da es bekannt ist, dass das Gas die Atmung des symbiontischen Pilzes negativ beeinflussen kann. Arbeiter vermieden in der Tat 4% CO2, zogen aber Konzentrationen von 1% CO2 vor, wie sie auch in den oberflächennahen Erdschichten vorzufinden sind, in denen die untersuchte Art, Acromyrmex lundi, ihre Nester gräbt. Allerdings beeinflussten höhere CO2 Konzentrationen nicht die Grabeaktivität der Arbeiterinnen. Während die Pilzkammern einen Teil eines Blattschneider-Nestes bilden, so verwenden die meisten Arten der Gattung Atta auch einen Teil der Energie der Kolonie auf das Graben von großen, voluminösen Abfallkammern, anstatt das Material an der Erdoberfläche zu verstreuen. Es wird daher erwartet, dass Blattschneiderameisen während der Abfallentsorgung bestimmte Präferenzen für ihre Umwelt zeigen. In Experimenten präferierten Arbeiterinnen von Atta laevigata eine warme und trockene Umgebung, zeigten jedoch keinerlei Präferenz für die CO2 Konzentration ihrer Umgebung. Die kontinuierliche Anhäufung von Abfallpartikeln in einer Abfallkammer scheint auf der Wahrnehmung von Volatilen zu basieren. Diese scheinen vom Abfall selbst auszugehen und zur Orientierung der abfalltragenden Arbeiterinnen zu dienen. Die darauf erfolgende Anhäufung von Abfall an einem Ort sollte zur Entstehung von großvolumigen Kammern zur Abfallentsorgung führen.

Zsfassung in dt. Sprache. - Würzburg, Univ., Diss., 2008

Wasps of the genus Polistes comprise over 200 species and are nearly cosmopolitan. They show a lack of physiological caste differentiation and are therefore considered as primitively eusocial. Furthermore, paper wasps are placed between the solitary living Eumenidae and the highly social organized Vespinae. Hence, they are often called a “key genus” for understanding the evolution of sociality. Particularly, Polistes dominula, with its small easy manageable nests and its frequent occurrence and wide distribution range is often the subject of studies. In Europe, the invasion of this species into northern regions is on the rise. Since little was known about the nesting behaviour of P. dominula in Central Europe, the basic principles about nesting were investigated in Würzburg, Germany (latitude 49°) by conducting a comprehensive field-study spanning three consecutive years. Furthermore, the thermoregulation of individual wasps in their natural habitat had not yet been investigated in detail. Therefore, their ability to respond to external hazards with elevated thorax temperatures was tested. In addition, different types of nest thermoregulation were investigated using modern methods such as infrared thermography and temperature data logger. In the present work, the investigation of basic nesting principles revealed that foundress groups (1-4 foundresses) and nests are smaller and that the nesting season is shorter in the Würzburg area than in other regions. The mean size of newly founded nests was 83 cells and the average nesting season was around 4.6 months. The queens neither preferred single (54%) nor multiple founding (46%) in this study. The major benefit of multiple founding is an increased rate of survival. During the three years of observation, only 47% of single-foundress colonies survived, whereas 100% of colonies that were built by more than two queens, survived. However, an influence of the number of foundresses on the productivity of colonies in terms of number of cells and pupae per nest has not shown up. However, the length of the nesting season as well as the nest sizes varied strongly depending on the climatic conditions of the preceding winter during the three consecutive years. In order to investigate the thermoregulatory mechanisms of individual adult P. dominula wasps, I presented artificial threats by applying smoke or carbon dioxide simulating fire and predator attacks, respectively, and monitored the thorax temperature of wasps on the nest using infrared thermography. The results clearly revealed that P. dominula workers recognized smoke and CO2 and reacted almost instantaneously and simultaneously with an increase of their thorax temperature. The maximal thorax temperature was reached about 65 s after the application of both stressors, but subsequently the wasps showed a different behaviour pattern. They responded to a longer application of smoke with moving to the exit and fled, whereas in case of CO2 the wasps started flying and circling the nest without trying to escape. No rise of the thorax temperature was detectable after an air blast was applied or in wasps resting on the nest. Additionally, the thorax temperatures of queens were investigated during dominance battles. I found that the thorax temperature of the dominant queens rose up to 5°C compared to that of subordinate queens that attacked the former. The study of active mechanisms for nest thermoregulation revealed no brood incubation or clustering behaviour of P. dominula. Furthermore, I found out that wing fanning for cooling the nest was almost undetectable (4 documented cases). However, I could convincingly record that water evaporation is most effective for nest cooling. By the direct comparison of active (with brood and adults) and non-active (without brood and adults) nests, the start of cooling by water evaporation was detected above maximum outside temperatures of 25°C or at nest temperatures above 35°C. The powerful role of water in nest cooling was manifested by an average decrease of temperature of a single cell of about 8°C and a mean duration of 7 min until the cell reached again its initial temperature. The investigation of passive thermoregulatory mechanisms revealed that the nest site choice as well as nest orientation appears to be essential for P. dominula wasps. Furthermore, I was able to show that the architecture of the nests plays an important role. Based on the presented results, it can be assumed that the vertical orientation of cells helps maintaining the warmth of nests during the night, whereas the pedicel assists in cooling the nest during the day. / Die Wespen-Gattung Polistes ist mit über 200 Arten nahezu auf der ganzen Welt vertreten. Da physiologische Unterschiede zwischen den Kasten fehlen, werden sie als primitiv eusozial eingestuft. Des Weiteren werden sie zwischen den solitär lebenden Eumenidae und den hoch eusozialen Vespinae eingeordnet. Sie werden daher oft als „Schlüssel-Gattung“ für das Verständnis der Evolution von Sozialität bezeichnet. Insbesondere Polistes dominula (Haus-Feldwespe) wird aufgrund der kleinen einfach zu handhabenden Nester, dem häufigen Vorkommen und der weiten Verbreitung vielfach für Studien genutzt. In Europa ist diese Wespenart auf dem Vormarsch in nördlichere Regionen. Bisher war kaum etwas über das Nistverhalten von P. dominula in Zentraleuropa bekannt. Daher wurde eine umfassende, drei aufeinanderfolgende Jahre andauernde Freilandstudie zu den Grundlagen des Nistverhaltens in Würzburg (Deutschland, Breitengrad 49°) durchgeführt. Auch die Thermoregulation der Einzeltiere wurde noch nie im Detail erforscht. Daher wurde ein Experiment durchgeführt, das aufzeigen sollte, ob diese Tiere die Fähigkeit besitzen, mit erhöhten Thoraxtemperaturen auf Gefahr zu reagieren. Zusätzlich kamen neuere Methoden wie die Infrarot-Thermographie und Temperaturdatenlogger zum Einsatz, um die verschiedenen Arten der Nestthermoregulation zu untersuchen. In der vorliegenden Arbeit über die Grundlagen des Nistverhaltens zeigte sich, dass im Vergleich zu anderen Regionen in Würzburg sowohl die Gruppengröße der Nestgründerinnen (1-4 Gründerinnen) als auch die Nester an sich kleiner sind (≈ 83 Zellen) und die Nestsaison kürzer (≈ 4,6 Monate). Die Königinnen bevorzugten weder die Gründung des Nestes allein (54%) noch zusammen mit mehreren Königinnen (46%). Der größte Vorteil einer Gründung der Nester durch mehrere Königinnen liegt in einer erhöhten Überlebensrate der Nester. In der drei Jahre andauernden Studie überlebten nur 47% der Nester, die von einer Königin gegründet wurden, während 100% der Völker, die von mehr als zwei Königinnen gegründet wurden, überlebten. Es konnte jedoch kein Einfluss der Anzahl an Gründerinnen auf die Produktivität (bezüglich der Anzahl von Zellen und Puppen) der Völker festgestellt werden. Allerdings variierten Saisonlängen und Nestgrößen stark in Abhängigkeit der klimatischen Bedingungen des vorangegangenen Winters in den drei aufeinanderfolgenden Jahren. Zur Untersuchung der thermoregulatorischen Mechanismen der adulten Tiere setzte ich künstliche Bedrohungen in Form von Rauch und Kohlendioxid ein, um entweder ein Feuer oder einen Raubtierangriff zu simulieren. Die Thoraxtemperaturen der auf dem Nest sitzenden Feldwespen wurde zeitgleich mit einer Thermokamera überwacht. Die Ergebnisse belegen eindeutig, dass P. dominula-Arbeiterinnen Rauch und CO2 wahrnehmen und beinahe unverzüglich und zeitgleich mit einer Erhöhung der Thoraxtemperatur reagieren. Nach der Applikation der beiden Stressoren war die maximale Temperatur nach durchschnittlich 65 s erreicht, allerdings zeigten die Wespen unterschiedliche Verhaltensmuster. Auf eine längere Rauchapplikation reagierten sie mit Flucht, während sie im Fall von CO2 fliegend das Nest umkreisten, ohne zu fliehen. Nach der Gabe eines Luftstoßes oder bei ruhenden Wespen war kein Anstieg der Thoraxtemperatur nachweisbar. Zusätzlich wurden die Thoraxtemperaturen von Königinnen bei Dominanzkämpfen untersucht. Ich verzeichnete einen Anstieg der Thoraxtemperatur der dominanten Königin um bis zu 5°C im Vergleich zu der Temperatur der untergeordneten Königin, die die dominante angriff. Die Studie der aktiven Mechanismen der Nestthermoregulation belegte, dass bei P. dominula kein Heizen der Brut oder „Clustern“ stattfindet. Des Weiteren war Fächeln zur Kühlung des Nestes so gut wie nicht feststellbar (4 dokumentierte Fälle). Allerdings war ich in der Lage nachzuweisen, dass die Verdunstung von Wasser für die Kühlung des Nestes sehr effektiv ist. Durch den direkten Vergleich von aktiven (mit Brut und adulten Tieren) und nicht-aktiven (ohne Brut und adulten Tieren) Nestern konnte der Beginn des Kühlens bei einer maximalen Außentemperatur von über 25°C oder einer Nesttemperatur von über 35°C ermittelt werden. Die wichtige Rolle, die Wasser für die Nestkühlung spielt, zeigte sich zum Einen durch die mittlere Abkühlung einer einzelnen Zelle von ca. 8°C und zum Anderen durch eine durchschnittliche Dauer von 7 min, bis die Zelle wieder ihre Ausgangstemperatur erreichte. Die Untersuchung der passiven Mechanismen zur Nestthermoregulation zeigte, dass sowohl die Wahl des Nistplatzes als auch die Orientierung des Nestes für die Haus-Feldwespe essentiell ist. Darüber hinaus war ich in der Lage nachzuweisen, dass die Architektur des Nestes eine entscheidende Rolle spielt. Auf der Grundlage der vorgestellten Ergebnisse kann angenommen werden, dass die nach unten ausgerichteten Zellen helfen, das Nest nachts zu wärmen, während der Stiel des Nestes hilft, das Nest tagsüber zu kühlen.

Main, Univ., Diss., 2001--Frankfurt. / Enthält Sonderdrucke aus verschiedenen Zeitschriften.

The present work investigates the influence of environmental stimuli on the building behavior of workers of the leaf-cutting ant Atta vollenweideri. It focuses on cues related to the airflow-driven ventilation of their giant underground nests, i.e., air movements and their direction, carbon dioxide concentrations and humidity levels of the nest air. First, it is shown that workers are able to use airflow and its direction as learned orientation cue by performing learning experiments with individual foragers using a classical conditioning paradigm. This ability is expected to allow workers to also navigate inside the nest tunnels using the prevailing airflow directions for orientation, for example during tasks related to nest construction and climate control. Furthermore, the influence of carbon dioxide on the digging behavior of workers is investigated. While elevated CO2 levels hardly affect the digging rate of the ants, workers prefer to excavate at locations with lower concentrations and avoid higher CO2 levels when given a choice. Under natural conditions, shifting their digging activity to soil layers containing lower carbon dioxide levels might help colonies to excavate new or to broaden existing nest openings, if the CO2 concentration in the underground rises. It is also shown that workers preferably transport excavated soil along tunnels containing high CO2 concentrations, when carbon dioxide levels in the underground are elevated as well. In addition, workers prefer to carry soil pellets along outflow tunnels instead of inflow tunnels, at least for high humidity levels of the air. The material transported along tunnels providing outflow of CO2-rich air might be used by workers for the construction of ventilation turrets on top of the nest mound, which is expected to promote the wind-induced ventilation and the removal of carbon dioxide from the underground. The climatic conditions inside the nest tunnels also influence the structural features of the turrets constructed by workers on top the nest. While airflow and humidity have no effect on turret structure, outflow of CO2-rich air from the nest causes workers to construct turrets with additional openings and increased aperture, potentially enhancing the airflow-driven gas exchanges within the nest. Finally, the effect of airflow and ventilation turrets on the gas exchanges in Atta vollenweideri nests is tested experimentally on a physical model of a small nest consisting of a single chamber and two nest tunnels. The carbon dioxide clearance rate from the underground was measured depending on both the presence of airflow in the nest and the structural features of the built turrets. Carbon dioxide is removed faster from the physical nest model when air moves through the nest, confirming the contribution of wind-induced flow inside the nest tunnels to the ventilation of Atta vollenweideri nests. In addition, turrets placed on top of one of the tunnel openings of the nest further enhance the CO2 clearance rate and the effect is positively correlated with turret aperture. Taken together, climatic variables like airflow, carbon dioxide and humidity levels strongly affect the building responses of Atta vollenweideri leaf-cutting ants. Workers use these environmental stimuli as orientation cue in the nest during tasks related to excavation, soil transport and turret construction. Although the effects of these building responses on the microclimatic conditions inside the nest remain elusive so far, the described behaviors are expected to allow ant colonies to restore and maintain a proper nest climate in the underground. / Die vorliegende Arbeit untersucht den Einfluss von Umweltreizen auf das Bauverhalten von Blattschneiderameisen der Art Atta vollenweideri. Dabei wird der Fokus auf Luftströmungen und deren Richtung, sowie CO2-Konzentration und Feuchtigkeitsgehalt der Luft gelegt, welche alle im Zusammenhang mit dem wind-induzierten Ventilationssystem der riesigen, unterirdischen Nester stehen. Zunächst wird experimentell mit Hilfe von klassischer Konditionierung gezeigt, dass Arbeiterinnen während des Furagierens lernen können, Luftströmungen sowie deren Richtung zur Orientierung zu nutzen. Diese Fähigkeit sollte Arbeiterinnen auch die Navigation im Nest anhand der auftretenden Strömungsrichtung der Luft, zum Beispiel während Tätigkeiten im Kontext des Nestbaus und der Klimakontrolle, ermöglichen. Weiterhin wird der Einfluss von Kohlenstoffdioxid auf das Grabeverhalten von Arbeiterinnen untersucht. Obwohl CO2 kaum die Grabe-Rate der Ameisen beeinflusst, graben Arbeiterinnen bevorzugt an Orten mit niedrigerer Konzentration und vermeiden höhere Konzentrationen, wenn möglich. Unter natürlichen Bedingungen könnte das Verlagern der Grabeaktivität in Bodenschichten mit niedrigerer CO2-Konzentration Kolonien dabei helfen, neue Nestöffnungen zu graben oder bestehende zu erweitern, wenn die CO2-Konzentration unter der Erde zunimmt. Zusätzlich wird gezeigt, dass Arbeiterinnen ausgegrabene Erde vornehmlich entlang Tunnel transportieren, die eine hohe CO2-Konzentration aufweisen, wenn die CO2-Konzentration im Untergrund ebenfalls erhöht ist. Zudem bevorzugen Arbeiterinnen den Transport von Erdmaterial entlang Ausstrom- anstatt Einstrom-Tunnel, zumindest für hohe Luftfeuchtigkeiten. Material, welches entlang Nesttunnel transportiert wird, aus denen CO2-haltige Luft ausströmt, könnte Arbeiterinnen zum Bau der Ventilationstürme an der Nestoberfläche dienen, was die wind-induzierte Belüftung der Nester verstärken und die Abfuhr von CO2 aus dem Nest fördern sollte. Die klimatischen Bedingungen in den Nesttunneln beeinflussen auch die strukturellen Eigenschaften der Ventilationstürme, die von Arbeiterinnen oberhalb des Nests errichtet werden. Während Luftströmungen und Luftfeuchtigkeit keinen Einfluss auf die Struktur der Türme haben, veranlasst das Ausströmen von CO2-haltiger Luft aus dem Nest Arbeiterinnen dazu, Türme zu bauen, die mehrere Öffnungen und eine vergrößerte Öffnungsfläche besitzen, was den strömungsinduzierten Gasaustausch im Nest begünstigen könnte. Abschließend werden die Auswirkungen von Luftströmungen und Ventilationstürmen auf den Gasaustausch in den Nestern der Blattschneiderameise Atta vollenweideri mit Hilfe eines physikalischen Modells eines kleinen Nests, bestehend aus einer einzelnen Nestkammer und zwei Nesttunneln, untersucht. Die Abfuhr-Rate von CO2 aus dem Untergrund wurde abhängig vom Vorhandensein von Luftströmungen und den strukturellen Eigenschaften der errichteten Ventilationstürme gemessen. CO2 wird schneller aus dem physikalischen Modell entfernt, wenn Luft durch das Nest strömt, was den Beitrag von Luftbewegungen in den Tunneln zur Ventilation der Nester von Atta vollenweideri bestätigt. Ventilationstürme an einer der Nestöffnungen platziert, verstärken zusätzlich die Abfuhr-Rate von CO2 aus dem Nest und dieser Effekt nimmt mit zunehmender Öffnungsfläche der Türme zu. Zusammengefasst beeinflussen Klimavariablen wie Luftströmungen, Kohlenstoffdioxid und Luftfeuchtigkeit stark das Bauverhalten von Blattschneiderameisen der Art Atta vollenweideri. Arbeiterinnen nutzen diese Umweltreize zur Orientierung im Nest während Tätigkeiten, die im Zusammenhang mit Grabeverhalten, dem Transport von Erdmaterial und dem Bau von Ventilationstürmen stehen. Obwohl die Auswirkungen dieser Bauantworten auf die mikroklimatischen Bedingungen im Nest zunächst noch unklar sind, wird angenommen, dass die beschriebenen Verhaltensweisen es Kolonien erlauben, ein geeignetes Nestklima wiederherzustellen und aufrechtzuerhalten.

Many ant species excavate underground nests. One of the most impressive examples is the Chaco leaf-cutting ant Atta vollenweideri from the Gran Chaco region in South America. The nests excavated by the workers of that species are among the largest insect-built structures on the planet. They are ecavated over years possibly involving millions of working individuals. However, the mechanisms underlying the organisation of collective nest digging in ants remain largely unknown. Considering the sheer dimensions of the nest in comparison to the size and presumably limited perceptual and cognitive abilities of the single worker, the assumption can be made that organising mechanisms are mostly based on responses of individuals to local stimuli within their perceptual range. Among these local stimuli that guide nest digging we can expect environmental variables, stimuli that relate to the requirements of the colony, and stimuli related to the spatial coordination of collective effort. The present thesis investigates the role of local stimuli from these three categories in the organisation of collective digging behaviour in the Chaco leaf-cutting ant. It describes experiments on (1) how workers respond in the context of digging to differences in soil moisture, which comprises an important environmental variable; (2) how available nest space influences nest enlargement; (3) and how the spatial coordination of excavating workers is implemented by responding to stimuli arising from nest mates while engaged in digging behaviour. The experiments on soil water content show that workers prefer to dig in moist materials that allow for fast excavation and transport rates. Accordingly, an unequal distribution of water in the soil around a nest can influence how the nest shape develops. On the other hand, results also indicate that workers strongly avoid excavating in extremely moist materials. Regarding the abundant occurrence of flooding events in the Gran Chaco region, the latter can be interpreted as an adaptation to avoid water inflow into the nest. In the experiments on the effect of nest space, the ants excavated less when presented with larger nests. When a large amount of space was suddenly added to the nest during the digging process, excavation rates decreased according to the new volume. These observations confirm the hypothesis that digging activity is regulated according to space requirements, possibly because crowding conditions inside the nest influence excavation behaviour. However, observations also indicate an intrinsic decrease of digging motivation with time. Moreover, excavation rates correlate with nest size only when comparing nests of similar shape. Distributing a similar nest volume to three smaller chambers, instead of one, resulted in drastically decreased digging rates. A possible explanation for that observation lies in the distribution of workers inside the nest that may vary according to nest geometry: a different distribution of individuals can lead to in different local crowding conditions in similar nest volumes. Furthermore, two different stimuli are described that are used in the spatial coordination of collective digging effort. First, fresh soil pellets deposited close to the digging site on their way from the surface increase the probability that arriving workers join excavation efforts at the same site. The deposition of pellets on the way is a consequence of sequential task partitioning during soil transport. The pellets are carried in transport chains that closely resemble the modalities of leaf transport observed at the surface. Second, workers stridulate while digging. The short-ranged vibrational signals produced thereby also attract nest mates to excavate at the same location. Accordingly, two mutually complementing mechanisms are described that allow to concentrate excavators at one location. In both cases, a local stimulus that is generated by current close-by excavation activity increases the probability of the stimulus receiver to dig close to other excavators. In an environment otherwise poor in digging stimuli, these mechanisms can be especially important to give collective digging efforts a common direction. As a consequence it can be argued that the spatial organisation of collective digging is based on choice copying. Individuals copy nest mate decisions on where to excavate by responding to local stimuli provided by nest mate digging activity. Taken together, responses to local stimuli can determine the direction of nest growth, aid in preventing the inflow of surface water into the nest, guide the adjustment of nest size to colony requirements and spatially coordinate collective digging efforts. Even though it cannot be ruled out that digging responses based e.g. on spatial memory or long-term experience exist, the results presented here clearly demonstrate that responses to local information account for many important aspects of nest development. / Viele Ameisenarten graben unterirdische Nester. Eines der wohl eindrucksvollsten Beispiele ist die Chaco-Blattschneiderameise Atta vollenweideri aus der Gran Chaco Region in Südamerika. Die Nester dieser Art gehören zu den größten von Insekten gebauten Strukturen auf unserem Planeten, und an ihrer Konstruktion sind vermutlich Millionen von Individuen über mehrere Jahre beteiligt. Die Mechanismen, die der Organisation des kollektiven Nestgrabeverhaltens zu Grunde liegen, sind weitgehend unbekannt. Berücksichtigt man allerdings allein die Dimensionen des gebauten Nestes im Vergleich zur Größe, und den vermutlich begrenzten Sinnes- und Kognitionsleistungen der einzelnen Arbeiterin, so liegt die Vermutung nahe, daß den Organisationsmechanismen überwiegend Reaktionen auf lokale Reize innerhalb der Wahrnehmungsreichweite zu Grunde liegen. Zu diesen lokalen Reizen gehören vermutlich Umweltvariablen, Reize, die mit den Bedürfnissen der Kolonie zusammenhängen, und Reize, die der räumlichen Koordination gemeinsamer Bemühungen dienen. Die vorliegende Dissertation untersucht die Rolle lokaler Reize in der Organisation des kollektiven Grabeverhaltens bei Atta vollenweideri auf diesen drei Ebenen. Sie beschreibt Experimente (1) zur Reaktion grabender Arbeiterinnen auf Unterschiede in der Bodenfeuchte, die in diesem Zusammenhang eine wichtige Umweltvariable darstellt, (2) zum Einfluß der verfügbaren Nestgröße auf die Nesterweiterung und (3) zur räumlichen Koordination grabender Arbeiterinnen durch Reize, die von anderen grabenden Arbeiterinnen ausgehen. Die Versuche zur Bodenfeuchte zeigen eine Präferenz für feuchte Materialen, die hohe Grabe- und Transportraten ermöglichen. Demzufolge kann die Verteilung des Wassers im Boden um ein Nest erheblichen Einfluß auf die Entwicklung der Nestform haben. Andererseits zeigen die Ergebnisse aber auch, daß Arbeiterinnen vermeiden, in extrem nassen Materialen zu graben. In Anbetracht der regelmäßigen Überflutungen in der Gran Chaco Region lässt sich diese Ablehnung als eine Adaptation interpretieren, die hilft, Wassereinbrüche ins Nest zu vermeiden. In den Experimenten zum Einfluß der Nestgröße gruben die Ameisen weniger, wenn ihnen ein größeres Nest zur Verfügung stand. Wenn das Nest im Laufe des Grabeprozesses künstlich schlagartig vergrößert wurde, passte sich die Graberate dem neuen Volumen an. Diese Beobachtungen bestätigen die Hypothese, daß die Grabeaktivität abhängig vom Platzbedarf reguliert wird, vermutlich, weil die Individuendichte im Nest das Grabeverhalten beeinflusst. Andererseits zeigen die Beobachtungen aber auch eine zeitabhängige, intrinsische Abnahme der Motivation zu graben. Zudem korreliert die Graberate nur dann mit der Nestgröße, wenn Nester von vergleichbarer Form in Betracht gezogen werden. Die Verteilung eines ähnlichen Nestvolumens auf drei kleinere Kammern statt einer größeren führte zu deutlich niedrigeren Graberaten. Eine mögliche Erklärung für diese Beobachtung liegt in der Verteilung der Arbeiterinnen im Nestinnern, die möglicherweise mit der Nestgeometrie variiert. Unterschiede in der Verteilung der Individuen können bei gleichem Nestvolumen unterschiedliche lokale Individuendichten zur Folge haben. Des weiteren werden zwei verschiedene Stimuli beschrieben, die zur räumlichen Koordination des kollektiven Grabeverhaltens genutzt werden. Zum einen erhöht sich die Wahrscheinlichkeit, daß eine ankommende Arbeiterin sich den Grabearbeiten an einer bestimmten Stelle anschließt, wenn auf dem Weg dorthin, nahe der betreffenden Stelle, frisch ausgegrabene Bodenpartikel, sogenannte pellets, abgelegt wurden. Das passiert in Folge der sequentiellen Arbeitsteilung beim Transportieren der Erde, denn der Transport der pellets erfolgt in Arbeitsketten, ähnlich wie der Transport von Blattfragmenten an der Oberfläche. Zum anderen stridulieren die Arbeiterinnen beim Graben und erzeugen dadurch Vibrationssignale von kurzer Reichweite, die ebenfalls Nestgenossinnen zum Graben an derselben Stelle motivieren. Es werden also zwei sich gegenseitig ergänzende Mechanismen beschrieben, die es erlauben, grabende Arbeiterinnen an einer bestimmten Stelle zu konzentrieren. In beiden Fällen erhöht ein Reiz, der durch aktuelle Grabeaktivität in unmittelbarer Nähe generiert wird, die Wahrscheinlichkeit, daß der Reizempfänger in der Nähe anderer grabender Arbeiterinnen zu Graben beginnt. Besonders in einem ansonsten, in Bezug auf das Grabeverhalten reizarmen Umfeld können derartige Mechanismen wichtig sein, um den kollektiven Grabebemühungen eine gemeinsame Richtung zu geben. Dementsprechend lässt sich argumentieren, daß die räumliche Organisation des Grabeverhaltens auf der Nachahmung von Entscheidungen basiert. Individuen kopieren die Entscheidungen ihrer Nestgenossinnen, wo gegraben wird, indem sie auf Reize reagieren, die von der Grabeaktivität anderer Arbeiterinnen ausgehen.

Projekt 'Lebensraum Kirchturm' 2007 startete der NABU zusammen mit dem Beratungsausschuss für das Deutsche Glockenwesen das Projekt „Lebensraum Kirchturm“. Damals war der Turmfalke „Vogel des Jahres“.