Bei Gefahr reagieren Fischschwärme blitzschnell und rücken eng zusammen. Während das Verhalten von Individuen bei veränderten Umwelteinflüssen bereits gut erforscht ist, geben die Reaktionen von Schwärmen immer noch Rätsel auf. Eine aktuelle Studie der Humboldt-Universität zu Berlin (HU), der Princeton University, der Arizona State University und des Max-Planck-Instituts für Verhaltensbiologie/Universität Konstanz  zeigt, dass die Reaktionen von Fischen in einer Gruppe bei Gefahr fast vollständig durch die Anpassung des Schwarms bestimmt sind. Wenn sich eine Bedrohung nähert, kommt es zu kollektiven Fluchtkaskaden, bei denen sich das Verhalten blitzartig durch den Schwarm ausbreitet. Die einzelnen Tiere im Schwarm rücken näher zusammen, werden aber nicht schreckhafter. Je enger die Tiere beieinander sind, desto schneller breiten sich soziale Informationen aus. Dadurch wird auch die kollektive Reaktion stärker – ohne, dass der einzelne Fisch aufmerksamer sein muss. Die Ergebnisse der Forschung wurden jetzt in der Fachzeitschrift PNAS veröffentlicht.

Bei den Experimenten, die in Princeton stattfanden, wurden Fische Schreckstoff ausgesetzt. Das ist ein Wirkstoff, der bei der Verletzung bestimmter Fischarten freigesetzt wird und anderen Fischen signalisiert, dass Gefahr droht. „Schwarmintelligenz entsteht aus dem Zusammenspiel zwischen dem Verhalten einzelner Individuen und der dynamischen, veränderlichen Struktur des Schwarms“, erklärt Romanczuk, Leiter der Arbeitsgruppe „Kollektive Informationsverarbeitung“ am Institut für Biologie der HU, der gemeinsam mit Winnie Poel mathematische Modelle für kollektive Kaskaden bei Fischen formulierte. „Die Risikowahrnehmung wird quasi an die Schwarmstruktur ausgelagert.“

Kollektive Intelligenz auch für technische Entwicklungen nutzbar

Romanczuk ist Mitglied des gemeinsamen Exzellenzclusters „Science of Intelligence“ der HU, der Freien Universität Berlin, der Technischen Universität Berlin, der Charité, der Universität Potsdam und dem Max-Planck-Institut für Bildungsforschung Berlin. Ziel ist die Erforschung von kollektiver Intelligenz. Erkenntnisse, die beispielsweise durch die Analyse von Fischschwärmen gewonnen werden, sollen auch für technische Entwicklungen genutzt werden. „Sie könnten helfen, neuartige, intelligente Roboterschwärme zu entwickeln, die bei autonomen Aufgaben unter gefährlichen Umweltbedingungen zum Einsatz kommen – sei es im Katastrophenfall oder bei der Erkundung der Tiefsee“, erklärt Romanczuk.

Lebendige Einblicke in die Forschungsprojekte des Clusters wird ab 2020 die Ausstellung der HU im Humboldt Forum geben. Ein auf einen Vorhang projizierter Fischschwarm wird dort zeigen, wie die Tiere auf potentielle Bedrohungen reagieren. Mit einem Joystick können Besucherinnen und Besucher außerdem einen Robo-Fisch, der von einem anderen künstlichen Fisch verfolgt wird, durch ein Aquarium lenken und so eine Vorstellung vom Schwarmverhalten bekommen.

Publikation

Matthew M. G. Sosna, Colin R. Twomey, Joseph Bak-Coleman, Winnie Poel, Bryan C. Daniels, Pawel Romanczuk, Iain D. Couzin. „Individual and collective encoding of risk in animal groups“, Veröffentlichung 23. September 2019 in PNAS https://www.pnas.org/content/early/2019/09/17/1905585116

Weitere Informationen

Cluster Science of Intelligence

Humboldt Labor

Kontakt

Dr. Pawel Romanczuk, Institut für Biologie, Humboldt-Universität zu Berlin
E-Mail: pawel.romanczuk@hu-berlin.de

Boris Nitzsche, Stellvertretender Pressesprecher, Humboldt-Universität zu Berlin
Tel: 030 2093-2945
E-Mail: boris.nitzsche@hu-berlin.de