Heuschrecken: Schwarmverhalten funktioniert anders als gedacht

Schwarmforschung in dreidimensionaler VR

Um diese Herausforderung zu überwinden, verwendete das Team eine immersive, dreidimensionale, virtuelle Realität. Die Heuschrecken liefen dabei auf einer Hochgeschwindigkeitskugel mit Bewegungsausgleich, was ihnen ein Gefühl von natürlicher Mobilität vermittelte. Gleichzeitig sahen sie durch virtuelle Panoramaprojektion die realistische Simulation eines „holografischen“ Schwarms, mit dem sie interagieren konnten. „Dieser Ansatz ermöglichte es uns, Hypothesen über das Verhalten der Schwärme auf eine Art und Weise zu überprüfen, wie es in natürlichen Schwärmen nicht möglich wäre“, erläutert Sayin.

Im Widerspruch zu früheren Annahmen fand das Forschungsteam keine Hinweise darauf, dass Heuschrecken ihre Position und Bewegungsrichtung an ihren Nachbarn ausrichten. Die Bewegungen der einzelnen Heuschrecken ließen sich nicht durch die klassischen Modelle erklären. So wurden beispielsweise Heuschrecken in einem Experiment zwischen zwei virtuellen Heuschreckenschwärmen platziert, die sich beide in dieselbe Richtung bewegten. Nach gängiger Theorie hätte sich die Heuschrecke dieser Bewegung anschließen müssen. Doch statt mit dem Strom zu laufen krabbelten die Tiere frontal auf eine der beiden Gruppen zu.

Kollektives Verhalten neu gedacht

Um die Bewegungen zu interpretieren, entwickelte das Forschungsteam ein einfaches, kognitives Modell, das auf Prinzipien der Neurobiologie basiert. „Wir haben festgestellt, dass es sämtliche unserer experimentellen Schlüsselergebnisse erklären kann“, berichtet Sayin. Basis dieser neuen Theorie sind die neuronalen Schaltkreise, die Tiere für die räumliche Navigation verwenden – auch „Ringattraktor“ genannt. In diesem Modell schauen die Tiere sich nur die Position ihrer benachbarten Artgenossen an, nicht aber deren Körper- oder Bewegungsrichtung. Die Entscheidungen über ihre Bewegungen entstehen dann in einem dynamischen Prozess, bei dem die neuronalen Informationen über die Position der Tiere miteinander konkurrieren oder sich verbinden. So wird schließlich ein gemeinsamer Konsens erreicht, der bestimmt, in welche Richtung sie sich bewegen.

Nach Ansicht der Forschenden stellen ihre Ergebnisse einen wichtigen Fortschritt in der Schwarmforschung dar. Die neuen Erkenntnisse über das Schwarmverhalten von Heuschrecken könnten helfen, effektivere Strategien zur Eindämmung von Heuschreckenschwärmen zu entwickeln, insbesondere durch genauere Vorhersagen ihrer Bewegungen. Die Erkenntnisse könnten aber auch für andere Tierarten sowie die Robotik und Künstliche Intelligenz hilfreich sein, zum Beispiel indem Roboterschwärme und selbstfahrende Fahrzeuge von Algorithmen profitieren, die von den hocheffizienten kognitiven Strategien der Heuschrecken inspiriert wurden.

Quelle: Sercan Sayin (Universität Konstanz, Max-Planck-Institut für Verhaltensbiologie, Konstanz) et al., Science, doi: 10.1126/science.adq7832