Insekten bilden die artenreichste Klasse der Tiere auf der Erde. Sie erfüllen wichtige Funktionen in Ökosystemen und dienen als Modelle für biomimetische Technologien, die biologische Strukturen nachahmen. Große wissenschaftliche Insektensammlungen sind nicht nur für die Dokumentation ihrer Arten und Populationen unentbehrlich. Sie spielen auch eine zentrale Rolle für das Verständnis des Zusammenspiels von Morphologie, das heißt äußerer Gestalt und innerer Anatomie, Physiologie und Genetik sowie der Entstehung der Biodiversität. Darüber hinaus ermöglichen sie, die Auswirkungen von Umwelt- und Klimaeinflüssen zu beobachten. Mit der Plattform Antscan haben Forschende in internationaler und interdisziplinärer Zusammenarbeit die weltweit größte digitale Datenbank mit 3D-Daten von Insekten erstellt. Sie ist für Forschende, Lehrende und die interessierte Öffentlichkeit frei zugänglich. Antscan geht auf die Initiative des KIT und des OIST in Onna/Japan zurück.
14 000 Ameisenarten sind bis jetzt bekannt
Bei Antscan handelt es sich um ein Pilotprojekt für die Digitalisierung einer großen Zahl von Insekten. Die Plattform konzentriert sich auf Ameisen; das Projektdesign lässt sich aber auf andere kleine wirbellose Tiere übertragen. „Ameisen bilden die ideale Ausgangsbasis für unser Projekt“, sagt Dr. Thomas van de Kamp, Koordinator für biologische Röntgenbildgebung vom Institut für Photonenforschung und Synchrotronstrahlung (IPS) des KIT, einer der Initiatoren von Antscan. „Sie sind weltweit verbreitet und besetzen viele ökologische Nischen. Mehr als 14 000 Ameisenarten sind beschrieben. Tatsächlich gibt es wohl einige Tausende mehr. Zwischen den Arten lässt sich eine enorme morphologische und anatomische Vielfalt feststellen.“ Um diese Vielfalt zu erschließen, kombiniert Antscan innovative 3D-Bildgebung, optimierte Datenverarbeitung und KI.
Die Forschenden trugen etwa 2 200 in Alkohol konservierte Ameisen von Museen und privaten Sammlungen aus der ganzen Welt zusammen. Deren Anatomie ist so gut erhalten, dass sich auch die Morphologie der Weichteile digitalisieren lässt. Zu deren Bildgebung nutzten die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler die synchrotronbasierte Mikrocomputertomografie: Sie verwendet als Strahlenquelle keine herkömmliche Röntgenröhre, sondern ein Synchrotron, das heißt einen speziellen Teilchenbeschleuniger. Dieser erzeugt intensive Strahlen, die eine sehr hoch auflösende und kontrastreiche Bildgebung ermöglichen. Die KIT Light Source am KIT verfügt über eine Hochdurchsatz-Tomografieanlage mit schnellen Robotern und Hochgeschwindigkeitskameras. Damit gelang es dem Antscan-Team, die Ameisen zu durchstrahlen und in nur wenigen Tagen die Rohdaten zu erfassen. Anschließend wurden die 3D-Bilder automatisch aus den aufgenommenen Projektionen rekonstruiert.
Antscan schafft Verbindung zwischen molekularen und morphologischen Daten
Sämtliche „digitale Ameisen“ wurden auf der Infrastruktur des wissenschaftlichen Rechenzentrums des KIT gespeichert und über den Service RADAR4KIT publiziert. Die interaktive Datenbank, die direkt mit einer Bildanalyseplattform (Biomedisa) verknüpft ist, enthält darüber hinaus 3D-Oberflächenvorschauen und interaktive Modelle. Antscan bietet 3D-Datensätze und detaillierte Metadaten für jedes gescannte Exemplar. Jeder Eintrag umfasst den taxonomischen Rang, ökologische Informationen, geografische Details sowie den Status der Genomsequenzierung. „Wir haben Antscan mit groß angelegten Projekten zu Genomsequenzierung abgestimmt indem wir auf artverwandte Ameisen abzielten oder sogar Ameisen aus denselben Nestserien scannten, die für diese Projekte beprobt wurden“, berichtet Van de Kamp. „Damit haben wir eine wichtige Verbindung zwischen molekularen und morphologischen Daten geschaffen.“ Antscan ermöglicht es, die Biodiversität und die Schnittstelle zwischen Form, genomischer Variation und Umwelt auf eine neue Weise zu erforschen. (or)
Karlsruher Institut für Technologie
Originalpublikation:
Katzke, J., Hita Garcia, F., Lösel, P.D. et al. High-throughput phenomics of global ant biodiversity. Nat Methods (2026). doi.org/10.1038/s41592-026-03005-0
Weitere Informationen: https://www.antscan.info
