Über Ortungs- und Navigationsverfahren bei Tieren: Ein komplexes natürliches Ortungs- und Navigationsverfahren dargestellt am Beispiel der Honigbiene

120 Pages·1975·2.431 MB·German

by  Dipl.-Ing. Achim Leutz (auth.)

FORSCHUNGSBERICIITE DES LANDES NORDRHEIN-WESTFALEN
Nr. 2354
Herausgegeben im Auftrage des Ministerprasidenten Heinz KUhn
vom Minister fUr Wissenschaft und Forschung Johannes Rau
Dipl. - Ing. Achim Leutz
lnstitut fUr FlugfUhrung und Luftverkehr
der Techn. UniversltiH Berlin
Forschungsleiter Prof. Dr. -lng. Edgar R6f3ger
Projektleiter: Prof. Dr. -lng. Ralf Priebs
tiber Ortungs- und Navigationsverfahren
bei Tieren
Ein komplexes naturliches Ortungs- und
Navigationsverfahren dargestellt am
Beispiel der Honigbiene
Westdeutscher Verlag 1975
© 1975 by Westdeutscher Verlag GmbH. Opladen
Gesamtherstellung: Westdeutscher Verlag
ISBN 978-3-531-02354-0 ISBN 978-3-322-88075-8 (eBook)
DOl 10_1007/978-3-322-88075-8
Uber Ortungs- und Navigationsverfahren bei Tieren
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Inha It sverze ichn is
o.
Zusammenfassung 6
1. Vorwort 7
2. Uber die Notwendigkeit der Ortung und Navigation bei Tieren 9
2.1 Zum Begriff Ortung 9
2.1.1 PassiveOrtung 11
2.1.2 Aktive Ortung 11
2.1 .3 E igenortung 11
2.1.4 Fremdortung 12
2.2 Zum Begriff Navigation 12
2.3 Physikalische Grundlagen der Ortung und Navigation 12
2.3.1 Statische Fe Ider 14
2.3.2 Schwingungen und elektromagnetische Strahlung 14
3. Die Informationsverarbeitung im Organismus 17
3.1 Informationsaufnahme 17
3.2 Informationsleitung 18
3.3 Informationsverarbeitung 22
4. Uber die von Tieren benutzten Verfahren zur E igenortung 28
4.1 Lagebestimmung 28
4.1.1 Lagebestimmung im Schwerefeld 28
4.1.2 Lagebestimmung bezuglich optischer Referenzen 29
4.2 Ri chtungsbestimmung 30
4.2.1 Richtungsbestimmung bezUglich des Schwerkraftvektors 30
4.2.2 Richtungsbestimmung bezUglich optischer Referenzen 33
4.2.2.1 SonnenkompaB 33
4.2.2.2 PolarisationskompaB 36
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4.3 Geschwindigkeitsbestimmung 41
4.3.1 Optische Geschwindigkeitsbestimmung 43
4.3.2 Mechanisch -akustische Geschwindigkeitsbestimmung 44-
4.3.3 Bestimmung der Winkelgeschwindigkeit 45
4.4 Beschleunigungsbestimmung 47
4.4.1 Lineare Beschleunigungen 50
4.4.2 Winkelbeschleunigungen 50
5. Uber die von Tieren benutzten Verfahren zur Fremdortung 51
5.1 Die akustische' Fremdortung 53
5.1.1 Die passive akustische Fremdortung 53
5.1.1.1 Entfernungsbestimmung 53
5.1.1.2 Direkte Richtungsbestimmung 53
5.1 .1 .2.1 Ei nfache Mechanorezeptoren 55
5.1.1.2.2 Das Johnstonsche Organ 55
5.1.1.2.3 Tympanalorgane 56
5.1.1.3 Indirekte Richtungsbestimmung 57
5.1.1.3.1 Ausnutzung des Schallschattens 59
5.1.1.3.2 Binaurale Zeitdifferenzbestimmung 59
5.1.2 Die aktive akustische Fremdortung 60
5.1.2.1 Das Ortungsverfahren des Taumelktlfers 61
(Gyrinus substriatus)
5.1.2.2 Die Ultraschallortung der Fledermtluse 64-
5.1.2.2.1' Uber die Art der Ultraschallsignale 64-
5.1.2.2.2 Das Ortungsverfahren der groBen Huf- 67
eisennase
5.1.2.2.3 Bioholografie 69
5.1.2.3 Die Unterwasserschallortung (Sonar) 71
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5.2 Andere Fremdortungsverfahren 72
5.2.1 Die optische Fremdortung 72
5.2.1.1 Das optische Fremdortungsverfahren der Gottes- 73
anbeterin (Mantis)
5.2.2 Die thermische Fremdortung 74
5.2.3 Die Fremdortung mit Hilfe elektrischer Felder 75
6. Uber Navigationsverfahren von Tieren 79
6.1 Allgemeine Betrachtung 79
6.2 Uber die Zeitbestimmung 80
6.3 Nichtautonome Navigationsverfahren 82
6.4 Autonome Navigationsverfahren 85
7. Schlur3bemerkung 87
8. Bildverzeichnis 88
9. Literaturverzeichnis 90
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O. Zusammenfassung
Ausgehend von allgemeinen Uberlegungen Uber die Wechselbeziehung zwischen Biolo
gie und Technik wird auf Analogien zwischen Natur und Technik insbesondere auf dem
Gebiet der Ortung und Navigation hingewiesen. Nach eingehenden Begriffserlaute
rungen werden die fUr die Ortung und Navigation notwendigen Voraussetzungen bei
Lebewesen an hand der Aufnahme, Leitung und Verarbeitung von Informationen be
schrieben. Es wird sodann versucht, natlirliche Ortungsverfahren und -prinzipien
nach technischen Gesichtspunkten und nach dem physikal ischen Grundvorgang zu
ordnen.
Aus der Vielzahl existierender Ortungsverfahren und -prinzipien werden einige typi
sc~e Beispiele eriCiutert und die Grundmechanismen dargestellt.
Mit der gewl:lhlten Darstellungsform soil versucht werden, die enge Verwandtschaft
der natlirlichen und technischen Ortungsverfahren, denen dassel be physikalische Prin
zip zugrunde liegt, aufzuzeigen.
Zum AbschluB wird auf die Problematik bei der Untersuchung der Navigationsverfah
ren von Tieren hingewiesen. Einige dieser Verfahren werden beschrieben.
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1. Vorwort
FUr eine geordnete Bewegung im Raum ist es fUr Lebewesen erforderlich, daB sie stHn
dig in der Lage sind zu wissen, wo sie sich gerade befinden, wo das Ziel Ii egt, zu
dem sie gelangen wollen oder der Ausgangsort, zu dem sie zuruckkehren mochten.
Ais Bezug hierfUr dienen'Umweltreize der unterschiedlichsten Natur, die sinnvoll aus
gewHhlt, aufgenommen und verarbeitet werden mUssen, um die gestellte Aufgabe losen
zu konnen.
Dasselbe gilt auch fUr den Menschen, ob er sich nun "zu FuB" oder mit technischen
Verkehrsmitteln bewegt. Dabei wHre es gerade im letzten Fall schlecht um ihn bestellt,
wollte er sich nur auf seine eigenen "funf Sinne" verlassen, zumal er sich mit den mo
dernen Verkehrsmitteln immer we iter aus seinem eigentlichen Lebensraum entfernt.
Das Studium der einschlHgigen Literatur zeigt, daB die Natur, insgesamt gesehen, eine
Vielfalt von Moglichkeiten hervorgebracht hat, wie man sich an den vorhandenen
Umweltreizen orientieren kann, wobei es Methoden und Verfahren gibt, die teilweise
jenseits des Vorstellungsvermogens des Menschen liegen, do seine eigenen FHhigkeiten
auf diesem Gebiet doch recht begrenzt sind.
Erst mit Hilfe der Technik konnte er sich neue Orientierungshilfen schaffen, die er
aber zum Teil nur fUr sich neu entdeckt hat, weil sie von anderen Lebewesen bereits
seit Jahrmillionen benutzt werden. Dies konnte aber erst festgestellt werden, nachdem
Biologen mit immer besseren und empfindlicheren MeBgerHten ausgerUstet wurden. Da
bei wird es deutlich, daB die Zusammenarbeit zwischen Technikern und Biologen ge
rade auf diesem Gebiet wertvolle Anregungen fUr die Entwicklung technischer GerHte
und Verfahren fUr die Ortung und Navigation I iefern kann.
Dazu ist es aber notwendig, sich erst einmal einen Uberblick zu verschaffen Uber die
Ortungs- und Navigationsprinzipien, wie sie von Lebewesen verwendet werden, um
die vielfHltigen Moglichkeiten zu sehen.
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Es 5011 daher der Versuch unternommen werden, die vorhandene Literatur systematisch
aus technischer Sicht zu ordnen.
Die Auswertung der vorhandenen Literatur gestaltete sich sehr umstl:indlich und zeit
raubend, da die das Thema betreffenden Aufsl:itze und Untersuchungen in einer Viel
zahl von verschiedenen Zeitschriften und BUchern verl:Sffentlicht worden sind, die zu
beschaffen, nicht immer leicht, wenn nicht gar unml:Sglich war. Dies trifft insbesondere
fUr Verl:Sffentlichungen aus der UdSSR zu, wo mit Sicherheit sehr viel, ebenso wie in
den USA, auf dem Gebiet der Ortung und Navigation bei Lebewesen gearbeitet wird.
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2. Uber die Notwendigkeit der Ortung und Navigation bei Tieren
Ein Tier kann sich nur dann in seinem Lebensraum zurechtfinden, wenn es ihm gelingt,
geeignete Reize, die ihm seine Umwelt bietet, mit seinen Sinnesorganen (Rezeptoren)
aufzunehmen und zentralnervl» als Raumzeichen zu verwerten. Dabei liegt insbeson
dere jeder Ortsverttnderung eine Raum-Zeitorientierung zugrunde, die bei den einzel
nen Tierarten mehr oder weniger ausgeprttgt ist. Von Alfred Kuhn wurden die Orien
tierungshandlungen erstmals schematisch geordnet!) Eine Ubersicht Uber diese Orien
tierungen ist in der Tabelle 2.1 angegeben, wobei der Grundmechanismus in den Stu
fen 1 - 7 dem Feststellen und Messen von Reizen und Reizintensitttten dient, was man
mit "Ortung" bezeichnen kann. Die nl:lchsten fUnf Stufen kennzeichnen Navigations
leistungen.
2.1 Zum Begriff Ortung
Es gibt verschiedene Definitionen fUr den Begriff "Ortung", Ais geeignet erscheint fol
gende: Ortung ist die Ermittlung von2)
1. Standort
2. Bewegungszustand (Geschwindigkeit, Beschleunigung)
3. Eigenschaften der gemessenen bzw. wahrgenommenen
Informationen (optisch, akustisch, elektromagnetisch,
schwach, stark, deutlich).
1m allgemeinen werden hierzu aus der Umwelt Informationen mit Hilfe der Sinnesorgane
aufgenommen. Diese Informationen werden als Ortungsdaten bezeichnet.
In der Biologie trifft man httufig den Ausdruck Primttrorientierunl) fUr Ortung, meint
damit aber nicht nur den reinen Ortungsvorgang, sondern vielmehr auch die daraus
resultierende Aktivitttt, zum Beispiel die Lagehaltung im Raum. Will ein Fisch beispiels-
1) KUhn, A.: Die Orientierung der Tiere im Raum, Fischer, Jena 1919
2) Priebs, R.: Vorlesungen zu Ortung und Navigation (Luft- und Seefahrt), WS 1969,170,
an der Technischen Universitttt Berlin (unvertsffentlicht)
3) Lindauer, M.: Allgemeine Sinnesphysiologie, Orientierung im Raum, Fortschritte
der Zoologie 16, 1964, S, 59