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In der Gruppe schlauer: die Schwarmintelligenz

PlayGrafik der Bewegungspfade
In der Gruppe schlauer: die Schwarmintelligenz  | Bild: BR

Schwärme faszinieren es ist ein Ballett Tausender Tiere. Aber wer ist der Choreograph? Wer sagt wo es langgeht? Wer ist der Boss? Wie erfährt das einzelne Tier was es zu tun hat? Und: Warum bilden so viele Tierarten überhaupt Schwärme? Iain Couzin von der Universität Konstanz stellt sich diese Fragen schon lang. In der Hoffnung auf Antwort holte er sich Heuschrecken, Stichlinge, Vögel, Ameisen - alles was Schwärme bildet in sein Labor. Mit Kameras beobachtete er die Tiere und fand erst einmal keine Antwort: "Es war mysteriös! Wir verstanden einfach nicht, warum Tiere überhaupt Schwärme bilden, es war ein einziges großes Rätsel", erinnert sich Iain Couzin.

Die Stichlinge geben Rätsel auf

Stichlinge in einem Wasserbecken
Die Stichlinge folgen dem Schatten zuverlässig. | Bild: BR

Iain Couzin hat sich ein großes Becken bauen lassen und hielt darin einen Schwarm Stichlinge. Die Fische waren für ihn darum besonders interessant, weil sie es schaffen immer im Schatten zu bleiben. Sie meiden ganz gezielt Stellen, an denen die Sonne auf das Wasser scheint. Für die Stichlinge ist das überlebenswichtig, denn in der Sonne glitzert ihre Haut und dann können sie ihr Fressfeinde, etwa der Hecht, gut sehen.

Entscheidend ist aber: Den Schatten finden die Stichling nur, wenn sie im Schwarm schwimmen. Lässt Ian Couzin aber einen einzelnen Stichling schwimmen, dann findet der den Schatten nicht. Offenbar verhält sich der Schwarm also intelligenter als der einzelne Fisch. Wie kann das sein? In seinem Becken kann Couzin das sehr gut demonstrieren: Er kann mit Lampen Bereiche von Licht und Schatten erzeugen. Ein Stichling schwimmt wahllos umher und der Schwarm findet den Schatten sogar, wenn sich die schattigen Bereiche ständig ändern und bewegen. Aber wie schaffen die Tiere das?

Die Schwarmregeln

Schon frühere Schwarmforscher haben herausgefunden, dass Schwärme nach bestimmten Regeln funktionieren. An diese Regeln halten sich alle Tiere des Schwarms. Das garantiert, dass der Schwarm nicht auseinanderbricht. Insgesamt sind es drei Grundregeln:

  • Bleibt zusammen. Das bedeutet, das einzelne Tier sieht sich immer nach Artgenossen um und schwimmt zu ihnen.
  • Bewege dich in dieselbe Richtung. Das verhindert, dass ein chaotisches Durcheinander entsteht.
  • Halte einen konstanten Abstand. Diese Regel erhöht die Ordnung.
Grafik der Bewegungspfade
Der Computer zeichnet die Bewegungsmuster auf. | Bild: BR

Auch Iain Couzins Stichlinge hielten sich an diese Regeln. Das aber erklärte nicht, wie sie den Schatten finden. Bei der Lösung half ein altes Buch aus den 1960er-Jahren, geschrieben von dem russischen Forscher Dimitri Radakov. Darin beschreibt er ein Experiment. Er machte Filmaufnahmen von Schwärmen und projiziert sie auf eine Wand. Alle Bewegungen der Fische zeichnete er mit Bleistiftstrichen nach. Er glaubte, so würde man eines Tages verstehen, warum und wie Fische Schwärme bilden.

Fische mit Barcodes führen zur Lösung

Stichlinge werden markiert
Barcodes werden am Rückenstachel von Stichlingen befestigt. | Bild: BR

Couzin beschloss dieses Experiment, mit moderner Technik zu wiederholen. Dafür befestigte er Barcodes auf den Rückenstacheln der Stichlinge. So bekommt jeder Fisch eine individuelle Erkennungsmarke. Das macht ihn jederzeit eindeutig identifizierbar. Dann setzte er den Schwarm mit den markierten Fischen wieder im Becken aus. Wie erwartet zogen die markierten Fische ihre Runden von Schatten zu Schatten. Diesmal wurden sie aber von einer Kamera gefilmt. Eine Software konnte, dank der Barcodes, jeden Fisch eindeutig identifizieren und so den genauen Bewegungspfad eines jeden einzelnen Fisches genau nachzeichnen. Dabei machte Couzin zunächst eine scheinbar banale Entdeckung: Die Fische schwammen immer langsamer, wenn sie einen Schatten erreichten. Tatsächlich war das die entscheidende Erkenntnis zur Lösung. Die Geschwindigkeitsunterschiede Lenken den Schwarm!

Einfache Regeln führen zu intelligentem Verhalten

Grafik, die die Beziehungen der Stichlinge durch Federn erklärt.
Stichlinge verhalten sich so, als seien sie über eine Feder verbunden. | Bild: BR

Durch Aufzeichnung der Bewegungsmuster konnte Couzin die Geschwindigkeit der Individuen am Computer vergleichen und die Beziehungsmuster grafisch darstellen. Es zeigte sich, dass der dritten Schwarmregel "Halte einen konstanten Abstand" eine entscheidende Bedeutung zukam. Man kann es sich vorstellen wie eine elastische unsichtbare Feder, wenn sich zwei Individuen bewegen: Einer gelangt in einen Schatten, wird langsamer und fällt zurück. Der andere im Licht bleibt aber schnell und vergrößert so zunächst den Abstand. Um im Federbild zu bleiben: Die Feder spannt sich also und sie übt dadurch eine Kraft auf die Fische aus, die bestrebt sind einen konstanten Abstand zu halten. Damit das funktioniert muss der Schnellere, vornweg schwimmende Fisch eine Kurve schwimmen und so zieht es ihn in den Schatten ohne dass er weiß, dass der Schatten da ist. "Das Großartige ist, dass die Evolution hier sehr, sehr einfache Regeln gefunden hat, einfacher geht es nicht und obwohl die Individuen nicht wissen, dass sie damit Probleme lösen, tun sie es im Kollektiv", sagt Couzin.

Autor: Arno Trümper (BR)

Lesetipps
James Surowiecki
Die Weisheit der Vielen – weshalb Gruppen klüger sind als Einzelne
Bertelsmann, 2005
385 Seiten
ISBN-10: 3570006875
ISBN-13: 978-3570006870

Frank Schätzing
Der Schwarm
Kiepenheuer & Witsch, 2004
1008 Seiten
ISBN 3-462-03374-3

Stand: 26.05.2018 16:43 Uhr

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Sa, 26.05.18 | 16:00 Uhr
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Bayerischer Rundfunk
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