Journal of comparative physiology

, Volume 133, Issue 4, pp 267–281 | Cite as

Interaction of gravity and idiothetic course control in millipedes

  • M. -L. Mittelstaedt
  • H. Mittelstaedt
  • W. Mohren


  1. 1.

    If their walking plane is tilted, millipedes, in the dark, adopt a compromise course between the (“idiothetic”) tendency to continue going straight ahead and the (“allothetic”) tendency to walk uphill. This compromise direction is attained at about 30 cm of path length after the point of tilt and remains stable within the entire measured extent of about 130 cm, that is 20 to 30 times the animals' length. If the arena is set back into the horizontal after a 25 to 30 cm walk on the inclined plane the millipedes turn into a direction which is approximately equal to the initial one before the tilt.

  2. 2.

    If the animals had run through a bent passage before the tilt the result, at equilibrium, is as expected from a superposition of the two experiments. In the transient phase, the effect of gravity is delayed relative to that of the bent passage.

  3. 3.

    If the arena is tilted, when a millipede walks through a passage that prevents it from turning, and then set back horizontally, the animal turns toward the direction which had been uphill during the tilt. The amount of the turn depends on the direction and the time course of the preceding gravity influence, which acts as if processed by a “leaky” integrator.

  4. 4.
    In the inclined plane at equilibrium, the sine of the animal's deviation (α) from the projection of the vertical into the walking plane is, at first approximation, proportinal to the sine of the deviation (σ) from the animal's (self-adopted) idiothetic direction. More precisely, the pattern of equilibrium directions can be described by the additive superposition of two Fourier sine expansions with declining amplitudes
    $$\sum\limits_n {A_n \sin n\alpha + } \sum\limits_n {S_n \sin n\sigma = 0.}$$
  5. 5.

    The courses observed at different angles of arena tilt (ϑ) can be best explained by assuming that the gravity influence is largely proportional to that component of the physical gravity vector which falls into the y-axis of the animal (g·sin α sinϑ, i.e. the “shear-component”), whereas the pressure-component (g·cosϑ) has no effect.

  6. 6.

    The results are discussed with respect to hypothetical underlying mechanisms, in comparison with the general properties of orientation systems, and in view of their methodological consequences.



Sine Path Length Arena Incline Plane Transient Phase 
These keywords were added by machine and not by the authors. This process is experimental and the keywords may be updated as the learning algorithm improves.


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  1. Bässler, U.: Zum Einfluß von Schwerkraft und Licht auf die Ruhestellung der Stabheuschrecke (Carausius morosus). Z. Naturforsch.17b, 477–480 (1962)Google Scholar
  2. Barnwell, F.H.: An angle sense in the orientation of a millipede. Biol. Bull.128, 33–50 (1965)Google Scholar
  3. Bartels, M.: Sinnesphysiologische und psychologische Untersuchungen an der TrichterspinneAgelena labyrinthica (Cl.) Z. Vergl. Physiol.10, 527–593 (1929)Google Scholar
  4. Barth, F.G., E.-A. Seyfarth: Slit sense organs and kinesthetic orientation. Z. Vergl. Physiol.74, 306–328 (1971)Google Scholar
  5. Batschelet, E.: Statistical methods for the analysis of problems in animal orientation and certain biological rhythms. Washington: Am. Inst. Biol. Sci. 1965Google Scholar
  6. Birukow, G.: Photo-Geomenotaxis beiGeotrupes silvaticus Panz. und ihre zentralnervöse Koordination. Z. Vergl. Physiol.36, 176–211 (1954)Google Scholar
  7. Buddenbrock, W. von: Vergleichende Physiologie, Band I: Sinnesphysiologie. Basel: Birkhäuser 1952Google Scholar
  8. Burger, M.-L.: Zum Mechanismus der Gegenwendung nach mechanisch aufgezwungener Richtungsänderung beiSchizophyllum sabulosum (Julidae, Diplopoda). Z. Vergl. Physiol.71, 219–254 (1971)Google Scholar
  9. Burger, M.-L.: Der Anteil der propriozeptiven Erregung an der Kurskontrolle bei Arthropoden (Diplopoden und Insekten). Verh. Dtsch. Zool. Ges. Helgoland, 220–225 (1972)Google Scholar
  10. Crozier, W.J.: The geotropic response inAsterina. J. Gen. Physiol.18, 729–737 (1935a)Google Scholar
  11. Crozier, W.J.: On reversal of geotropism inAsterina. J. Gen. Physiol.18, 739–742 (1935b)Google Scholar
  12. Dingle, H.: Turn alternation in bugs on a causeway as a delayed compensatory response and the effects of varying visual inputs and length of straight path. Anim. Behav.13, 171–177 (1965)Google Scholar
  13. Dornfeld, K.: Die Bedeutung der Haupt- und Nebenaugen für die photomenotaktische Orientierung der TrichterspinneAgelena labyrinthica (Cl.). Z. Tierpsychol.38, 113–153 (1975a)Google Scholar
  14. Dornfeld, K.: Eine Elementaranalyse des Wirkungsgefüges des Heimfmdevermögens der TrichterspinneAgelena labyrinthica (Cl.). Z. Tierpsychol.38, 267–293 (1975b)Google Scholar
  15. Edrich, W.: Interaction of light and gravity in the orientation of the waggle dance of honey bees. Anim. Behav.25, 342–363 (1977)Google Scholar
  16. Görner, P.: Die optische und kinaesthetische Orientierung der TrichterspinneAgelena labyrinthica (Cl.) Z. Vergl. Physiol.41, 111–153 (1958)Google Scholar
  17. Görner, P.: Über die Koppelung der optischen und kinaesthetischen Orientierung bei der TrichterspinneAgelena labyrinthica (Cl.) undAgelena gracilens (C.L. Koch). Z. Vergl. Physiol.53, 252–276 (1966)Google Scholar
  18. Görner, P.: Resultant positioning between optical and kinesthetic orientation in the spiderAgelena labyrinthica (Clerk). In: Information processing in the visual system of arthropods. Wehner, R. (ed.). Berlin, Heidelberg, New York: Springer 1972Google Scholar
  19. Görner, P.: Beispiele einer Orientierung ohne richtende Außenreize. Fortschr. Zool.21, 20–45 (1973)Google Scholar
  20. Haacker, U.: Tagesrhythmische Vertikalbewegungen bei Tausendfüßern (Myriapoda, Diplopoda). Naturwissenschaften13, 346–347 (1967)Google Scholar
  21. Hagen, H.-O. von: Nachweis einer kinaesthetischen Orientierung beiUca rapax. Z. Morph. Ökol. Tiere58, 301–320 (1967)Google Scholar
  22. Hischer, R.: Bewertung und Verrechnung von Licht- und Schwerkraftrichtung bei der Orientierung des Kornkäfers (Calandra granaria L.) in Simultanreizfeldern. Dissertation Göttingen (1973)Google Scholar
  23. Holst, E. von: Die Arbeitsweise des Statolithenapparates bei Fischen. Z. Vergl. Physiol.32, 60–120 (1950)Google Scholar
  24. Horn, E.: Die Verarbeitung des Schwerereizes bei der Geotaxis der höheren Bienen (Apidae). J. Comp. Physiol.82, 379–406 (1973)Google Scholar
  25. Horn, E.: The contributions of different gravity receptors on gravity orientation in insects. Fortschr. Zool.23, 1–20 (1975)Google Scholar
  26. Jander, R.: Die optische Richtungsorientierung der Roten Waldameise (Formica rufa L.). Z. Vergl. Physiol.40, 162–238 (1957)Google Scholar
  27. Jander, R.: Grundleistungen der Licht- und Schwereorientierung von Insekten. Z. Vergl. Physiol.47, 381–430 (1963)Google Scholar
  28. Jander, R.: Ein Ansatz zur modernen Elementarbeschreibung der Orientierungshandlung. Z. Tierpsychol.27, 771–778 (1970)Google Scholar
  29. Kramer, E.: Orientation of the male silk moth to the sex attractant bombycol. In: Olfaction and taste. V. Denton, D. Denton (ed.). New York: Academic Press 1975Google Scholar
  30. Lindauer, M.: Allgemeine Sinnesphysiologie: Orientierung im Raum. Fortschr. Zool.16, 58–140 (1964)Google Scholar
  31. Linsenmair-Ziegler, C.: Vergleichende Untersuchungen zum photogeotaktischen Winkeltransponieren pterygoter Insekten. Z. Vergl. Physiol.68, 229–262 (1970)Google Scholar
  32. Meuer, R.: Untersuchungen zur homostrophischen Reaktion von Juliden (Diplopoden). Examensarbeit, Göttingen (1967)Google Scholar
  33. Mittelstaedt, H.: Probleme der Kursregelung bei frei beweglichen Tieren. In: Aufnahme und Verarbeitung von Nachrichten durch Organismen, pp. 138–148. Stuttgart: Hirzel 1961Google Scholar
  34. Mittelstaedt, H.: Basic solutions to a problem of angular orientation. In: Neural theory and modelling, Reiss, R.F. (ed.), pp. 259–272. Stanford: University Press 1964Google Scholar
  35. Mittelstaedt, H.: Grundprobleme der Analyse von Orientierungsleistungen. In: Jahrbuch der Max-Planck-Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften e.V., pp. 121–151 (1966)Google Scholar
  36. Mittelstaedt, H.: Kybernetische Analyse von Orientierungsleistungen. In: Kybernetik 1977, pp. 143–193. München, Wien: Oldenbourg 1978Google Scholar
  37. Mittelstaedt, H., Mittelstaedt, M.-L.: Mechanismus der Orientierung ohne richtende Außenreize. Fortschr. Zool.21, 46–58 (1973)Google Scholar
  38. Mittelstaedt-Burger M.-L.: Idiothetic course control and visual orientation. In: Information processing in the visual system of arthropods. Wehner, R. (ed.), pp. 275–279. Berlin, Heidelberg New York: Springer 1972Google Scholar
  39. Moller, P.: Die systematische Abweichung bei der optischen Richtungsorientierung der TrichterspinneAgelena labyrinthica. Z. Vergl. Physiol.68, 78–106 (1970)Google Scholar
  40. Schäfer, M.: Gegendrehung und Winkelsinn in der Orientierung vonLithobius forficatus L. Behaviour55, 15–72 (1975)Google Scholar
  41. Scharstein, H.: Der Mechanismus der Sollwertverstellung bei der Kursregelung der roten Waldameise (Formica polyctena). Dissertation München (1975)Google Scholar
  42. Scharstein, H.: Strategien der Kurskorrektur: ein möglicher Ersatz bei fehlenden Außenreizen? Verh. Dtsch. Zool. Ges.1978, 255 (1978)Google Scholar
  43. Schöne, H.: Raumorientierung, Begriffe und Mechanismen. Fortschr. Zool.21, 1–19 (1973)Google Scholar
  44. Schöne, H.: Orientation in space. In: Animalsmarine ecology II. Physiological mechanisms. Kinne, O. (ed.), pp. 499–553. London: Weley 1975Google Scholar
  45. Seyfarth, E.-A., Barth, F.G.: Compound slit sense organs on the spider leg. Mechanoreceptors involved in kinesthetic orientation. J. Comp. Physiol.78, 176–191 (1972)Google Scholar
  46. Wendler, G.: Physiology and systems analysis of gravity orientation in two insect species (Carausius morosus, Calandra granaria). Fortschr. Zool.23, 33–48 (1975)Google Scholar

Copyright information

© Springer-Verlag 1979

Authors and Affiliations

  • M. -L. Mittelstaedt
    • 1
  • H. Mittelstaedt
    • 1
  • W. Mohren
    • 1
  1. 1.Max-Planck-Institut für VerhaltensphysiologieSeewiesenFederal Republic of Germany

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