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Hunger setzt Heuschreckenschwärme in Bewegung

Physiker modellieren Verhalten der Insekten

Kannibalismus ist in fast allen menschlichen Gesellschaften mit einem großen Tabu belegt, im Tierreich ist er alles andere als selten. So ist auch unter Heuschrecken das Verspeisen von Artgenossen Überlebensstrategie. Ein interdisziplinäres und internationales Forscherteam hat nun untersucht, inwieweit Hunger und die kollektive Bewegung der Tiere im Schwarm miteinander zusammenhängen. Wissenschaftler des Instituts für Physik der Humboldt-Universität waren an dem Projekt beteiligt.

Nicht ohne Grund zählen Heuschrecken zu den biblischen Plagen. Die Tiere bilden riesige Schwärme, die ganze Landstriche kahlfressen und über die dort lebenden Menschen Hunger und Elend bringen können. „Forscher aus Oxford, Sydney und Princeton haben in Experimenten festgestellt, dass Heuschrecken sich in Bewegung setzen, um sich vor Kannibalismus durch Artgenossen zu schützen“, berichtet Pawel Romanczuk, Doktorand am Institut für Physik. Als theoretischer Physiker war er zusammen mit seinem Doktorvater Lutz Schimansky-Geier für die Modellierung der Heuschreckenschwärme zuständig.

„Heuschrecken bevorzugen eine proteinreiche Kost. Entzieht man ihnen diesen Nährstoff, werden sie schneller hungrig und fangen an, sich 40 Prozent schneller zu bewegen als Artgenossen, die eine proteinreiche Kost erhalten haben“, erklärt Romanczuk. „Dieses Verhalten konnte aber nur bei Insekten in der Gruppe beobachtet werden, nicht bei Heuschrecken, die alleine unterwegs sind.“ Die Forscher haben daraus geschlossen, dass die Tiere durch die Bewegung verhindern wollen, aufgefressen zu werden, sie fliehen. So setzen sich viele Individuen gleichzeitig in Bewegung, so dass ein einheitliches Bild entsteht. Der „Überlebenswille“ des Individuums setzt den gesamten Schwarm in Bewegung, der dann eventuell neue Nahrungsquellen erschließen kann.

Neben den Experimenten in Oxford wurde an der Humboldt-Universität ein Modell entwickelt. Es trifft, basierend auf den experimentellen Daten, Vorhersagen über das Einsetzen von kollektiver Bewegung bei Heuschrecken in Abhängigkeit von deren Ernährungszustand, sprich dem Proteinanteil in der Nahrung. Das Modell nimmt die Brownsche Bewegung als Vorbild. Diese Bewegung beschreibt die Zufallsbewegung von Teilchen in Flüssigkeiten, die eine Folge der unregelmäßigen Stöße der sich ständig bewegenden Atome und Moleküle ist. Die HU-Physiker betrachten ein Brownsches Teilchen mit einem eigenen Energiedepot als einzelnes Individuum. Die eigene Energie befähigt das Teilchen, auf externe Stimuli zu reagieren. In dem Modell bewegt sich jedes Teilchen wahllos, wenn es aber mit einem anderen Partikel in Berührung kommt, erhöht es seine Geschwindigkeit in die entgegengesetzte Richtung.

„Während bei hungrigen Heuschrecken bereits 30 Insekten auf einem Quadratmeter ausreichen, setzt die kollektive Bewegung bei satten Heuschrecken erst ab mindestens 60 Individuen pro Quadratmeter ein“, berichtet der Nachwuchswissenschaftler von den Ergebnissen, die per Modell herausgefunden wurden. Dass eine bestimmte Dichte vorhanden sein muss, um eine kollektive Bewegung im Schwarm in Gang zu setzen, haben auch schon andere Wissenschaftler herausgefunden; dass diese bei Heuschrecken entscheidend vom Hunger der Heuschrecken abhängt, war bislang nicht bekannt.

Ljiljana Nikolic


Sepideh Bazazi, Pawel Romanczuk, Sian Thomas, Lutz Schimansky-Geier, Joseph J. Hale, Gabriel A. Miller, Gregory A. Sword, Stephen J. Simpson and Iain D. Couzin, Nutritional state and collective motion: from individuals to mass migration, Proceedings of the Royal Society B. Die Online-Version wurde am 25. August publiziert, die Printausgabe des Artikels soll im Januar 2011 erfolgen.