Ameisen gehören zu den vielfältigsten Tieren der Welt. Weltweit existieren mehr als 15.000 Arten, viele davon sind kaum erforscht. Genau diese Vielfalt will ein Team am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) jetzt systematisch digital zugänglich machen.
In Karlsruhe entsteht dafür die weltweit größte Datenbank mit 3D-Daten von Insekten. Für die Forschung ist das mehr als ein visuelles Archiv: Insekten sind die vielfältigsten Lebewesen der Welt und stellen unter den Tieren die artenreichste Gruppe. Sie sind Bestäuber, Schädlingsbekämpfer, Futter und vieles mehr. Sie sind entscheidend für das Ökosystem und zugleich Lebewesen, von denen wir viel lernen können - etwa als Inspiration für neue technische Innovationen.
Ein "Röntgenlaser" sorgt am KIT für Tempo und Detail
Möglich werden die Aufnahmen durch intensive Röntgenstrahlen aus einem 110 Meter großen Teilchenbeschleuniger. Die Proben sind dagegen winzig. Ein Roboter stellt die Insekten automatisch bereit, der Scan dauert nur etwa 30 Sekunden. Die Ameise wird dabei Schicht für Schicht erfasst und am Computer zu einem dreidimensionalen Modell zusammengesetzt.
Dieses Vorgehen sei laut Projektleiter Thomas van de Kamp sehr effizient: "Wir brauchen also wesentlich weniger Zeit als wir bei einem klinischen CT-Gerät zum Beispiel benötigen würden und können so in kurzer Zeit kleine Proben mit einem hohen Detailgrad und mit einem tollen Kontrast aufnehmen."
Neu entdeckte Merkmale werfen Fragen zur Evolution der Ameisen auf
Schon beim ersten Durchsehen der Daten stoßen die Forschenden auf Merkmale, die bislang niemand systematisch betrachtet hat. Ein Beispiel: Bei einer brasilianischen Ameise entdeckte das Team zufällig eine besonders stabile Panzerung, die Mineralien enthält.
In Zukunft sollen die 3D-Informationen deshalb nicht nur gesammelt, sondern auch mit Hilfe von KI-Systemen ausgewertet werden. "Um zum Beispiel große evolutionsbiologische Fragen zu klären, wie sich wichtige Schlüsselmerkmale in der Evolution entwickelt haben - dafür benötigt man einfach zwingend solche großen Datenmengen.", erklärt van de Kamp.
So wollen die Forschenden herausfinden, wie die einzelnen Ameisenarten entstanden sind. Die Proben hierzu kommen aus aller Welt nach Karlsruhe. Aktuell scannt das Team vor allem Ameisen aus Australien und Asien. Langfristig könnte die Datenbank so zu einem weltweiten Referenzpunkt für die Ameisenforschung werden.
Forschung aus Karlsruhe mit Nutzen für Robotik und Kinofilme?
Der Nutzen könnte aber über die Biologie hinausgehen, so van de Kamp: "Wir können uns aber auch zum Beispiel anschauen: Wie funktionieren Gelenke?" Das sei ein Ansatzpunkt für die anwendungsorientierte Forschung. "Dann kann man sich anschauen, gibt es die Möglichkeit, zum Beispiel Gelenke zu imitieren für bionische Anwendungen, für Maschinen." Damit ist die Ameisenforschung zum Beispiel für die Entwicklung neuer Roboterbeine interessant.
Die 3D-Aufnahmen der Ameisen könnten aber auch in Zukunft im Kino laufen: "Jemand, der ein animiertes Modell einer Ameise erstellen möchte, könnte sich einen solchen Datensatz runterladen, bearbeiten und hätte dann mit vergleichsweise wenig Aufwand ein sehr realistisches digitales Modell einer Ameise", so Thomas van de Kamp. Er hat bereits selbst Animationen aus den Scans erstellt.
Nächster Schritt: Weitere Insekten in die Datenbank aufnehmen
Seine Arbeit und der Blick auf Hunderte, teils sehr exotische Ameisen hätten van de Kamps Blick auf die Tiere noch einmal verändert: Heute sehe er den Ameisenhügel im Wald vor seinem Institut mit ganz anderen Augen. Selbst vermeintlich "alltägliche" Arten wirkten anders, wenn man wisse, wie komplex die Welt der Ameisen ist.
Waldameisen seien ein Beispiel für eine ökologisch besonders sichtbare und wichtige Gruppe, die sehr große Kolonien bilde, so van de Kamp. Daneben gebe es aber auch in Deutschland andere faszinierende Arten, etwa solche, die andere Ameisen versklaven oder sozial parasitisch leben.
Das Team will jedoch nicht nur Ameisen, sondern in Zukunft auch weitere Insektenarten erfassen - vielleicht irgendwann die ganze Insektenwelt. Die Forschenden sind überzeugt, dass in dieser Welt noch viel Unbekanntes steckt.
