Eusocial insects are impressive on individual and collective level. Collectively, they build nests and efficiently exploit and monopolise nearby resources by sharing information amongst their members. Such collective behaviours are shaped by remarkable and multi-facetted individual abilities and decision-making processes. By revealing and investigating factors which influence individual decision ...
Abstract (English)
Eusocial insects are impressive on individual and collective level. Collectively, they build nests and efficiently exploit and monopolise nearby resources by sharing information amongst their members. Such collective behaviours are shaped by remarkable and multi-facetted individual abilities and decision-making processes. By revealing and investigating factors which influence individual decision making, this thesis provides a deeper insight into the cognitive lives of ants while contributing to a more cohesive understanding of colony behaviour as a whole.
In chapter 2, we demonstrated that foraging ants form expectations about value-neutral qualities of a food source – such as its taste – and dislike food which deviates from those expectations. As such dislike is translated into reduced recruitment, it will have a direct impact on colony-level behaviour. Expectations are thus a potential driver of foraging decisions.
Ants excel in navigation, and we showed in chapter 3 that ants can rapidly learn olfactory or spatial cues to localise food sources. Moreover, when those two types of private information where put into conflict, ants exclusively relied on olfaction. This demonstrates that one type of information can entirely dominate decisions in certain situations.
While we demonstrated that ants learn simple associations rapidly, nothing was known about their ability to learn abstract relations between stimuli, although concept learning has been reported in honeybees. Thus, in chapter 4, we trained ants to learn a relational rule of same/different, but found that the ants, instead of solving such a complex task via learning, resorted to heuristics such as ‘go left’ or ‘go to the more salient cue’. Intriguingly, the heuristics used varied between individual ants.
Learning is dependent on reward and motivation and in chapter 5 we investigated whether those factors alone could explain individual and collective foraging behaviour. While we only found small effects of reward magnitude and motivation on learning, persistence rates varied dramatically in lower motivated colonies. An agent-based model using the empirical data further demonstrated that individual decisions alone can cause ecologically sensible colony-level foraging behaviour.
Finally, in chapter 6 we explored whether colonies could make sensible collective decisions in the context of trail-clearing by Australian meat ants. We found that ant colonies preferentially cleared trails toward a food source if the alternative detours were long. The underlying mechanisms seem to be dependent on individual propensities to remove obstacles which leads to the emergence of paths.
Taken together, the results of this thesis broaden our understanding of individual cognition in ants and demonstrate that properties inherent to individuals, such as experience or task propensities, systematically influence decisions and thus impact the collective.
Translation of the abstract (German)
Eusoziale Insektenkolonien zeigen ein hohes Maß an Organisation. Durch die Zusammenarbeit vieler Individuen werden Nester gebaut und Futterquellen monopolisiert. Da solche kollektiven Leistungen auf den Fähigkeiten und Entscheidungen ihrer Individuen basieren, hat diese Thesis verschiede Aspekte und Faktoren, die diese Entscheidungen beeinflussen, identifiziert und untersucht. Die resultierenden ...
Translation of the abstract (German)
Eusoziale Insektenkolonien zeigen ein hohes Maß an Organisation. Durch die Zusammenarbeit vieler Individuen werden Nester gebaut und Futterquellen monopolisiert. Da solche kollektiven Leistungen auf den Fähigkeiten und Entscheidungen ihrer Individuen basieren, hat diese Thesis verschiede Aspekte und Faktoren, die diese Entscheidungen beeinflussen, identifiziert und untersucht. Die resultierenden Erkenntnisse tragen zu einem umfassenderen Verständnis von Ameisenkolonien bei.
So konnte gezeigt werden, dass Ameisen eine Erwartungshaltung bezüglich prinzipiell wertneutraler Eigenschaften von Futterquellen (wie deren Geschmack) aufbauen und Futter als weniger wertvoll erachten, wenn dieses von ihren Erwartungen abweicht. Somit können Erwartungshaltungen Entscheidungen beeinflussen.
Ameisen sind hervorragende Navigatoren. Wir konnten zeigen, dass sie sehr schnell sowohl räumliche als auch olfaktorische Informationen lernen, um Futter zu lokalisieren. Waren diese beiden Informationen jedoch miteinander im Konflikt, nutzten alle Ameisen exklusiv den Duft zur Orientierung und demonstrierten, dass eine einzelne Information Entscheidungsprozesse komplett dominieren kann.
Ameisen sind schnelle assoziative Lerner, aber es war nicht bekannt, ob sie - wie Honigbienen - ein Konzept von ‚gleich‘ oder ‚ungleich‘ lernen können. Zwar konnte keine derartige Fähigkeit nachgewiesen werden, aber ein großer Teil der Ameisen griff auf Heuristiken wie ‚gehe links‘ zurück, anstatt eine komplexe Regel zu lernen. Interessanterweise wählten individuelle Ameisen unterschiedliche Heuristiken.
Da Lernen abhängig von Belohnung und Motivation ist, untersuchten wir, ob diese Faktoren allein individuelles und kollektives Futtersuchverhalten erklären können. Die Höhe der Belohnung und Motivation zeigten nur kleine Effekte, doch die Beständigkeit von Ameisen variierte stark in mäßig motivierten Kolonien. Eine auf den empirischen Daten aufbauende agentenbasierte Modellierung demonstrierte, dass die Entscheidungen der einzelnen Individuen ökologisch sinnvolles Verhalten hervorbringen können.
Zuletzt wurde ein kollektiver Entscheidungsprozess in australischen Iridomyrmex Ameisen untersucht und gezeigt, dass Ameisenkolonien Pfade zu Futterquellen vor allem von Hindernissen befreien, wenn alternative Routen lang sind. Eine Fähigkeit, die von individuellen Neigungen, Hindernisse zu beseitigen, abzuhängen scheint.
Die Ergebnisse dieser Thesis ergänzen und erweitern das Wissen über individuelle kognitive Fähigkeiten bei Ameisen und betonen die Bedeutung von individuellen Erwartungen und Handlungsdispositionen an der Schnittstelle zwischen Individuum und Kollektiv.
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