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Kleine Strategen: Forscher untersuchen Flugmanöver von Insekten in virtueller Realität

  • Insekten sind die artenreichste Tierklasse auf der Erde, trotzdem ist über sie vieles nicht bakannt.
  • Um das Verhalten von Fliegen dennoch studieren zu können, griffen Forscher zu Virtual Reality.
  • So konnten sie Erkenntnisse über Landemanöver und den Einfluss von Duft gewinnen.
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Bengaluru. Wissenschaftler haben angebundene Fliegen durch eine virtuelle Welt fliegen lassen, um ihr Verhalten genau studieren zu können. Die Forscher beobachteten so zum Beispiel, wie sich die Fliegen virtuellen Bäumen näherten, welche Landemanöver sie vollzogen oder wie der Duft von Äpfeln die Flugrouten in der künstlichen Welt beeinflusste. Ihre Erkenntnisse könnten beispielsweise für die Bekämpfung von Schadinsekten, aber auch für die Verbesserung der Bestäubung genutzt werden, berichten die Wissenschaftler in den „Proceedings” der US-Nationalen Akademie der Wissenschaften (PNAS).

Insekten steuern eher Bäume in der Nähe an

„Wir haben immer noch nicht entschlüsselt, wie fliegende Insekten mehrere Reize einbeziehen und Raumtiefe wahrnehmen, um entfernte Ziele zu lokalisieren”, schreiben die Forscher in ihrer Studie. In der freien Natur sei es sehr schwierig, die kleinen Insekten über eine mittelgroße Entfernung zu verfolgen. Das Team um Shannon Olsson vom National Centre for Biological Sciences in Bengaluru (Indien) entwickelte deshalb eine virtuelle, dreidimensionale Welt (3-D-Welt) und ließ Fliegen verschiedener Arten an Schnüren durch diese Welt fliegen: die Apfelfruchtfliege (Rhagoletis pomonella), die Gelbfiebermücke (Aedes aegypti), eine Schnake (Pselliophora laeta) sowie die Mistbiene (Eristalis tenax), eine Schwebfliegenart.

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Die Fliegen aller vier Arten konnten virtuelle 3-D-Objekte vom umgebenden Hintergrund unterscheiden, dorthin navigieren und darauf reagieren. Die Apfelfruchtfliege steuerte Apfelbäume an, die Mistbiene Blumen und die übrigen andere Bäume. Weitere Untersuchungen führten die Wissenschaftler nur an der Apfelfruchtfliege durch. Wenn diese beispielsweise einen virtuellen Apfelbaum erreicht hatte, kreiste sie über der Baumkrone und streckte ihre Vorderbeine aus, wie sie es bei einem Anflug zur Landung macht.

Objekte, die für sie von Interesse sind, insbesondere Bäume, steuerten die Fliegen zielgerichtet an. Dabei können sie offenbar auch Entfernungen einschätzen: Wenn sie einen kleinen, aber nahen Baum und einen großen, aber weit entfernten Baum zu sehen bekamen, dann flogen sie meistens in Richtung des Baums in der Nähe. Die Fliegen manövrierten in die Richtung von Bäumen, die virtuell bis zu 24 Meter entfernt waren. In einer reinen Graslandschaft hingegen flogen die Fliegen weitgehend richtungslos umher.

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Fliegen können die Entfernung und Größe von Objekten einschätzen. © Quelle: Deepak Kakara, Dinesh Yadav, Suk

Roboter können Bewegungsablauf nicht nachahmen

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Schließlich testeten die Wissenschaftler, wie Apfelfruchtfliegen auf Wind und Duftwolken reagieren, die sie aus kleinen Düsen zu den Insekten strömen ließen. Auf mittleren bis starken Wind reagierten die Fliegen, indem sie sich entgegen der Windrichtung orientierten, also mit dem Wind flogen. Wenn jedoch ein Baum in Windrichtung lag, steuerten sie ihn auch gegen den Wind an. Fruchtduft ohne Wind blieb folgenlos; erst in Verbindung mit bewegter Luft in Form einer Wolke ließ der Duft die Insekten in Richtung der Duftquelle fliegen.

Neben der Bekämpfung von Schadinsekten und Krankheitsüberträgern oder der Verbesserung der Bestäubung könnten die Ergebnisse auch bei der Entdeckung neuer Computeralgorithmen helfen, schreiben die Forscher. Denn trotz beschränkter Möglichkeiten nutzten die Fluginsekten verschiedene Funktionen, um sich zu orientieren und zu navigieren. „Aus algorithmischer und robotischer Sicht können aktuelle Algorithmen nach dem Stand der Technik diese Aufgabe aufgrund der Komplexität der Umgebung, der Kamerabewegung und der Rechenanforderungen immer noch nicht erfüllen”, heißt es in der Studie.

RND/dpa


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