Wie können die Larven der Schwarzen Soldatenfliege trotz ihrer winzigen Größe so viel und so schnell essen? Wissenschaftler an der Georgia Tech haben dieses „kollektive Fressverhalten“ untersucht und herausgefunden, dass eine Strategie zur Maximierung der Fressrate der Larven in der Bildung von Maden-„Fontänen“ besteht. Die Wissenschaftler haben ihre Ergebnisse in einem kürzlich erschienenen Artikel im Journal of the Royal Society Interface beschrieben, zusammen mit einem unterhaltsamen Video, das einen Larvenschwarm zeigt, der in nur zwei Stunden eine ganze Pizza verzehrt.
„Soweit ich weiß, ist dies das erste Mal, dass wir wirklich versucht haben, zu quantifizieren, wie viel sie fressen können und wie sie das tun können“, sagte die Doktorandin und Mitautorin Olga Shishkov, die die Forschungsergebnisse am Samstag auf der Tagung der American Association for the Advancement of Science in Washington, DC, vorstellte. Es ist nicht das erste Mal, dass sie sich einen Spaß daraus macht, den Appetit der Maden auf kreative Weise zu demonstrieren: Letztes Jahr hat sie gefilmt, wie die Viecher zum Valentinstag einen herzförmigen Donut verschlungen haben.
Shishkovs Betreuer ist David Hu, der am Georgia Institute of Technology ein Labor für Biokomotion leitet, in dem er untersucht, wie sich verschiedene Lebewesen fortbewegen. Er ist vielleicht am besten für seine Arbeit mit Feuerameisen bekannt, aber sein Labor untersucht auch Katzenzungen, Wasserläufer, Schlangen, verschiedene kletternde Insekten, Moskitos und natürlich Larven der Schwarzen Soldatenfliege.
Shishkov fühlte sich aufgrund ihres Hintergrunds in Strömungsmechanik zur Untersuchung der kollektiven Dynamik der Kreaturen hingezogen. „Ich wollte herausfinden, ob ich die mir bekannten Techniken der Strömungsmechanik anwenden kann, um zu untersuchen, wie sich Tiere bewegen“, sagte sie, in der Hoffnung, die von ihr entdeckten Prinzipien eines Tages auf die Robotik anwenden zu können.
Das Labor erhielt die Larven der Schwarzen Soldatenfliege von einem Start-up-Unternehmen namens Grubbly Farms in Atlanta, das sie als nachhaltige Quelle für Hühner- und Fischfutter züchtet. Die Larven ernähren sich von Lebensmittelabfällen, insbesondere von Obst und Gemüse, und sind in der Lage, täglich das Doppelte ihres Körpergewichts zu verzehren. Da die Menschen jedes Jahr 1,4 Milliarden Tonnen Lebensmittelabfälle produzieren, sind diese Larven eine mögliche Lösung, um damit fertig zu werden. Die Maden fressen die Lebensmittelabfälle der Verbraucher und werden im Gegenzug an die Hühner und Fische verfüttert. Eine Win-Win-Situation für alle Beteiligten.
Ein Larvenhaufen ist sowohl klein als auch dicht gepackt, was seine Untersuchung zu einer kleinen Herausforderung macht. Für die Fütterungsexperimente wurden die Larven in ein 10-Gallonen-Aquarium gesetzt und oben und unten Kameras angebracht, um die Fressorgie in Aktion festzuhalten. Dann verfolgten Shishkov und ihre Mitarbeiter mit der so genannten Particle Image Velocimetry die Bewegungen der Tiere, um sich ein Bild davon zu machen, was in der hungrigen Horde wirklich vor sich ging.
Sie fanden heraus, dass die Oberfläche des angebotenen Nahrungsmittels, wie z. B. einer Pizza, die Anzahl der Larven begrenzt, die gleichzeitig fressen können. Die Larven legen auch häufig Pausen ein und hindern ihre Artgenossen daran, sich an ihre Mahlzeit heranzumachen. Die anderen hungrigen Tiere umgehen dieses Verhalten, indem sie ein brunnenartiges Verhalten entwickeln: „Neue Larven krabbeln von unten hinein und werden oben wieder herausgepumpt“, schreiben die Autoren. Shishkov et al. entwickelten daraufhin ein mathematisches Modell zur Vorhersage der Fressrate.
Es gibt noch einen weiteren praktischen Nebeneffekt dieser Forschung. Kriebelmückenlarven werden in riesigen Behältern aufgezogen, was angesichts ihres hohen Stoffwechsels ein Problem darstellen kann. Sie können bei der Nahrungsaufnahme leicht überhitzen. In der freien Natur können sie einfach wegkriechen, aber in den Behältern ist ihre Bewegungsfreiheit viel stärker eingeschränkt, und eine ganze Kolonie kann leicht überhitzen und sterben. Deshalb klimatisieren die Larvenzüchter das gesamte Lagerhaus, in dem die Tiere aufgezogen werden. Das ist kostspielig und ineffizient. Deshalb haben Shishkov et al. auch ein Belüftungsbett erfunden – das zum Patent angemeldet ist -, das kühle Luft durch die Futtermasse der Larven bläst. Dies verhindert eine Überhitzung der Larven und sorgt dafür, dass die Landwirte dennoch hohe Erträge erzielen.
DOI: Journal of the Royal Society Interface, 2019. 10.1098/rsif.2018.0735 (About DOIs).