Taubenschwänzchen treffen im Schwebeflug Nektaröffnungen von wenigen Millimetern Durchmesser. Konstanzer Biologen haben nun Tausende dieser Rüsselbewegungen vermessen und stießen dabei auf eine feste Vorzugsseite jedes einzelnen Tieres. Diese Präferenz war bereits beim allerersten Anflug vorhanden und blieb über mehrere Tage hinweg stabil. Hinter der Asymmetrie steckt offenbar ein Prinzip, mit dem ein Nervensystem aus weniger als einer Million Nervenzellen erheblichen Rechenaufwand einspart.
Das Taubenschwänzchen gehört zu den auffälligsten Insekten in deutschen Gärten. Der tagaktive Schwärmer steht wie ein Kolibri in der Luft, schlägt seine Flügel mehr als 60 Mal pro Sekunde und rollt dabei einen Rüssel aus, der ungefähr so lang ist wie sein eigener Körper. Mit diesem Saugorgan muss er im Schwebeflug eine Öffnung von wenigen Millimetern treffen, die tief im Inneren einer Blüte liegt und im Wind ständig ihre Position verändert. Für den Falter ist das eine motorische Höchstleistung, vergleichbar mit dem Versuch, im Stehen mit einem überlangen Strohhalm die Öffnung einer Dose am Boden zu treffen. Wie ein derart kleines Nervensystem diese Präzision erreicht, beschäftigt die Verhaltensforschung seit Jahren. Eine neue Arbeit der Universität Konstanz liefert dafür nun eine unerwartet schlichte Teilantwort, die zugleich einen Blick auf die Rechenökonomie kleiner Gehirne erlaubt.
Als Lateralisation bezeichnet die Biologie die systematische Bevorzugung einer Körperseite bei bestimmten Handlungen. Beim Menschen zeigt sie sich als Händigkeit oder als bevorzugter Fuß beim Schießen, bei Papageien als bevorzugte Kralle, bei Bienen als bevorzugter Fühler. Solche Asymmetrien sind im Tierreich weit verbreitet und gelten als Hinweis darauf, dass linke und rechte Hirnhälfte unterschiedliche Teilaufgaben übernehmen. Gut untersucht ist das bislang vor allem bei paarigen Gliedmaßen, also dort, wo ein Tier tatsächlich zwischen einem linken und einem rechten Werkzeug wählen kann. Deutlich schwieriger wird die Frage bei unpaarigen Organen wie der menschlichen Zunge oder dem Rüssel eines Elefanten, von denen jedes Individuum nur ein einziges besitzt. Genau hier setzt die Konstanzer Studie an, denn der Saugrüssel eines Falters sitzt mittig am Kopf und ließe sich theoretisch vollkommen symmetrisch führen.
Um die Bewegungen überhaupt sichtbar zu machen, boten die Forscher um Lochlan Walsh und Anna Stöckl den Tieren künstliche Blütenoberflächen an, die von den Faltern angeflogen und mit dem Rüssel abgetastet wurden. Hochgeschwindigkeitskameras zeichneten jeden Anflug auf, Verfahren des maschinellen Sehens rekonstruierten anschließend die Position der Rüsselspitze im Verhältnis zur Körperachse. Die in der Fachzeitschrift PNAS veröffentlichte Auswertung ergab ein klares Bild: Ein Teil der Tiere platzierte den Rüssel überwiegend links der eigenen Körperachse, ein anderer Teil überwiegend rechts. Die Stärke dieser Neigung schwankte von Individuum zu Individuum, ganz ähnlich wie die unterschiedlich ausgeprägte Händigkeit beim Menschen. In rund 64 Prozent der Messzeit blieb der Rüssel innerhalb ein und derselben visuellen Hälfte des Sichtfelds.
Entscheidend war ein zweiter Befund. Die Wissenschaftler simulierten das Sichtfeld der Tiere während der Blütenerkundung und stellten fest, dass die Falter nicht nur eine bevorzugte Seite für den Rüssel besitzen, sondern zusätzlich ein dominantes Auge für jenen Bereich der Blüte, den sie gerade berühren. Auge, Anhang und Ziel liegen damit in einer gemeinsamen Bezugsachse, ein Prinzip, das aus der Auge-Hand-Koordination des Menschen und der Auge-Schnabel-Koordination von Vögeln bekannt ist. Dass eine solche Kopplung auch bei einem wirbellosen Tier mit unpaarigem Organ auftritt, war so bislang nicht belegt. Wie eng Wahrnehmung und Bewegung generell verzahnt sind, zeigt auch die Diskussion darüber, wie viele menschliche Sinne tatsächlich parallel zusammenwirken, statt getrennt voneinander zu arbeiten.
Bemerkenswert ist der Zeitpunkt, zu dem die Seitenpräferenz auftrat. Sie war bereits am ersten Testtag bei unerfahrenen Tieren messbar und entstand nicht erst mit wachsender Übung, was nach Einschätzung der Autoren für ein angeborenes Merkmal spricht. Der funktionale Vorteil liegt in der Rechenlast: Ein Insektengehirn muss die Bewegung eines langen, flexiblen Organs im Schwebeflug in Echtzeit mit dem Gesehenen abgleichen, und jede Beschränkung des Suchraums senkt diesen Aufwand. Wer die Kontrolle von vornherein auf eine Achse festlegt, benötigt weniger neuronale Ressourcen für dieselbe Zielgenauigkeit. Ähnliche Sparstrategien kennt die Forschung von der Orientierung an Duftsignalen sozialer Insekten, bei denen wenige Rezeptorklassen eine große Zahl flüchtiger Moleküle parallel auswerten.
Kostenlos ist die Festlegung allerdings nicht. Tiere mit besonders stark ausgeprägter Seitenneigung brauchten in den Versuchen länger, bis sie den Nektar erreichten, weil ihr Suchmuster auf der Blüte weniger flexibel ausfiel. Die Konstanzer Daten deuten damit auf einen Zielkonflikt zwischen sparsamer Steuerung und Anpassungsfähigkeit hin, der sich ökologisch auswirken dürfte, sobald ein Falter auf ungewohnte Blütenformen trifft. Offen bleibt vorerst, welche neuronalen Schaltkreise die Asymmetrie erzeugen und ob sie genetisch festgelegt oder in der frühen Entwicklung geprägt wird. Für die bioinspirierte Robotik ist der Befund trotzdem interessant, denn Miniatursysteme stehen vor demselben Problem knapper Rechenkapazität, das auch Arbeiten mit ferngesteuerten Insekten immer wieder sichtbar machen. Eine ausführliche Fassung der Analyse steht als Preprint auf bioRxiv bereit, ergänzt um die vollständigen Bewegungsdaten der Versuchstiere.
PNAS, Conservation of a lateralized visuomotor axis in hawkmoth proboscis probing; doi:10.1073/pnas.2609365123