Der Schwarm hat ein Gedächtnis: Wie Fische und Vögel sich gegenseitig austricksen
In den giftigen Schwefelquellen des tropischen Dschungels Südmexikos leben riesige Schwärme kleiner Fische. Die sogenannten Schwefelmollys schwimmen direkt unter der Wasseroberfläche, da nur dort Sauerstoff vorhanden ist. Doch diese Position macht sie anfällig für Angriffe räuberischer Vögel. Die Fischschwärme schützen sich mithilfe spektakulärer kollektiver Wellenbewegungen, die wie La-Ola-Wellen aussehen. Neue Forschungsergebnisse zeigen: Auch die gefiederten Jäger passen sich an. Sie verändern gezielt ihre Angriffspunkte, um die Schwarmverteidigung der Fische zu umgehen. Die Fische wiederum scheinen mit einer Form des „Schwarmgedächtnisses” zu reagieren. Ein einzigartiges Beispiel dafür, dass Tiere Informationen vergangener Ereignisse nicht nur individuell, sondern vorübergehend auch in den Dynamiken eines Kollektivs speichern können. Die Studie des Exzellenzclusters „Science of Intelligence“ (SCIoI) in Zusammenarbeit mit dem Leibniz-Institut für Gewässerökologie und Binnenfischerei (IGB) ist in der Fachzeitschrift Proceedings of the Royal Society B erschienen.
Ein Schwefelmaskentyrann nach einem (erfolglosen) Angriff auf ein Schwarm Schwefelmollys. | Foto: Max Licht
Beteiligtes Bernstein Mitglied: Pawel Romanczuk
Durch Zusammenarbeit können Tiergruppen Erstaunliches leisten. Manche Fische, Vögel oder Insekten agieren als Schwarm, fliehen gemeinsam vor Räubern, verarbeiten Informationen und koordinieren ihre Bewegungen mit erstaunlicher Präzision. Schwefelmollys gehören dabei zu den eindrucksvollsten Beispielen.
Wenn räuberische Vögel die Fischschwärme angreifen, reagieren die Mollys mit kollektiven Wiederholungswellen: schnellen, synchronisierten Tauchbewegungen, die sich wie sichtbare Schockwellen – oder La-Ola-Wellen – über die Wasseroberfläche ausbreiten. Frühere Studien des Forschungsteams hatten bereits gezeigt, dass diese Wellen eine effektive Verteidigungsstrategie sind. Sie verringern den Jagderfolg der Vögel und verlängern die Zeit bis zum nächsten Angriff.
Eine zentrale Frage blieb jedoch bislang unbeantwortet: Wie reagieren die Räuber darauf? Nehmen sie die Nachteile hin? Oder haben sie Strategien, um die kollektive Verteidigung zu umgehen? Um diesen Fragen nachzugehen, analysierte das Forschungsteam 800 Angriffe der drei Vogelarten, die in freier Wildbahn Jagd auf Schwefelmollys machen. Dazu zählen Eisvögel wie der Amazonasfischer und der Grünfischer, aber auch der Schwefelmaskentyrann. Wochenlang warteten die Forschenden nahezu regungslos am Schwefelfluss im mexikanischen Bundesstaat Tabasco auf die Angriffe der Vögel auf die Fische. Diese Geduldsprobe brachte schließlich rund 120 Stunden Videomaterial und einen der bislang größten Datensätze zu diesem ungewöhnlichen Räuber-Beute-System hervor.
Unterschiedliche Angriffstaktiken der Vögel, um La-Ola-Wellen der Fische zu vermeiden
Die angreifenden Vogelarten verhielten sich unterschiedlich. Die beiden Eisvogelarten griffen nicht dort an, wo am meisten Fische waren, sondern zielten bevorzugt auf die Ränder der Fischschwärme, also auf Bereiche, die deutlich weniger kollektive Wellen auslösten. Angriffe ins Zentrum des Schwarms waren erfolgreicher, provozierten aber auch deutlich stärkere kollektive Reaktionen. Dadurch mussten die Räuber länger warten, bevor sie erneut angreifen konnten. „Indem die Eisvögel die Randbereiche attackierten, verzichteten sie offenbar auf unmittelbaren Jagderfolg, um die störenden Effekte der Wellen zu vermeiden. Die Räuber schienen also gezielt Schwachstellen in der kollektiven Verteidigung der Beute auszunutzen“, sagt Korbinian Pacher, der Erstautor der Studie.
Der Schwefelmaskentyrann nutzte eine andere Jagdstrategie als die Eisvögel. Anstatt auffällige Tauchangriffe auszuführen, führten die Vögel schnelle, schwer erkennbare Überflüge aus, bei denen die Fische oft bereits gefangen wurden, bevor der Schwarm kollektiv reagieren konnte. Da diese Attacken nur schwache kollektive Wellen auslösten, konnte der Schwefelmaskentyrann das Zentrum des Schwarms angreifen, also genau den Bereich mit der höchsten Fangwahrscheinlichkeit.
Gerade dieser Unterschied half den Forschenden zu verstehen, was die Räuber tatsächlich vermeiden wollten. Die Vögel mieden nicht das Zentrum des Schwarms an sich. Sie versuchten vielmehr, die starken kollektiven Reaktionen zu umgehen, die dort ausgelöst wurden. Sobald ein Räuber diese Wellen durch eine andere Strategie umgehen konnte, wurde das Zentrum wieder zum bevorzugten Angriffsziel. Die Ergebnisse legen somit nahe, dass das kollektive Verhalten der Fische die Entscheidungen der Räuber aktiv beeinflusst.
Der Schwarm scheint sich an Angriffe zu „erinnern“
Die überraschendste Entdeckung betraf jedoch das Verhalten der Fischgruppen selbst. Die Forschenden fanden Hinweise darauf, dass Schwefelmollys sich kollektiv an frühere Angriffe „erinnern“. Wenn zwei Angriffe räumlich oder zeitlich nah beieinander stattfanden, reagierten die Fische beim zweiten Angriff mit deutlich stärkeren Wellen.
Das Forschungsteam bezeichnet dieses Phänomen als „Priming“. Priming ist aus vielen biologischen Systemen bekannt, etwa aus dem Gehirn oder dem Immunsystem. Dort beeinflussen frühere Erfahrungen, wie stark ein System später reagiert. Einen solchen Effekt in einem großen Tierkollektiv zu beobachten, ist jedoch äußerst ungewöhnlich.
„Normalerweise verstehen wir Gedächtnis als etwas, das in einzelnen Gehirnen oder Individuen gespeichert wird“, sagt Korbinian Pacher. „Hier sehen wir Hinweise darauf, dass frühere Räuberangriffe das Kollektiv vorübergehend so verändern können, dass es anders reagiert. Der Schwarm scheint sozusagen Informationen über vergangene Gefahren kurzfristig im kollektiven Gedächtnis zu speichern.“
Die Vögel reagierten wiederum auf die stärkeren Wellen des „Schwarmgedächtnisses“: Nachdem sie viele Wellen ausgelöst hatten, setzten Eisvögel ihre nächsten Angriffe tendenziell weiter entfernt an. Wer in diesem evolutionären Wettkampf letztlich die Oberhand behält, bleibt offen. „Was dieses System so faszinierend macht, ist die Tatsache, dass sich beide Seiten ständig aneinander anpassen“, sagt IGB-Forscher Prof. Jens Krause, Leiter der Studie und Forscher im Exzellenzcluster SCIoI. „Die Räuber verändern ihre Angriffspunkte, um starke Wellen zu vermeiden, während die Fische offenbar kollektiv Informationen über frühere Angriffe speichern. Das zeigt, wie dynamisch und komplex kollektives Verhalten in der Natur sein kann.“
Die Studie zeichnet somit ein deutlich dynamischeres Bild kollektiven Verhaltens als bisher angenommen. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass Tiergruppen nicht nur im Moment gemeinsam handeln, sondern auch vorübergehend Informationen vergangener Ereignisse in den Dynamiken des Kollektivs speichern können. Frühere Erfahrungen könnten so zukünftige Gruppenreaktionen beeinflussen – ganz ohne zentrale Steuerung oder Anführer.
