Wie Ameisen im Kollektiv große Lasten schleppen

Rehovot (Israel) - Ameisen gehören zu den stärksten Lebewesen überhaupt. Allein können sie bis zum 40-fachen ihres eigenen Gewichts tragen. In einer Gruppe wuchten sie sogar Lasten von bis zu 50 Gramm bei jeweils nur knapp zehn Milligramm Körpergewicht. Eine ausgeklügelte Koordination Dutzender Individuen ist dabei nötig. In der Fachzeitschrift „Nature Physics“ gehen nun israelische Physiker und Biologen diesem Phänomen auf den Grund. Mit Videoaufnahmen lastentragender Ameisen und physikalischen Modellen von Vielteilchensystemen entschlüsselten sie das verblüffend kooperative Verhalten der Insekten.

„Allein eine ausreichend große Anzahl von Ameisen reicht beileibe nicht aus, um schwere Lasten zielgerichtet zu tragen“, erläutern Ofer Feinerman und seine Kollegen vom Weizmann Institute in Rehovot. Ein permanenter Austausch von Informationen zwischen den einzelnen Ameisen sei zusätzlich nötig. Im Unterschied zu anderen Insekten benötigen Ameisen dazu aber keine Duftstoffe, Blickkontakte oder direkte Tastreize. Während des Transports eines großen, schweren Objekts reicht es offenbar aus, wenn jede einzelne Ameise Richtung und Stärke der am Kontaktpunkt zur Last wirkenden Kraft spürt. Dann stimmt sie ihr Verhalten direkt auf diese wahrgenommene Kraft ab.

Für diese Erkenntnis analysierte Feinerman das Verhalten von Ameisen, die ein knapp zwei Zentimeter durchmessendes Objekt – ein Futterteilchen imitierend - zu ihrem Nest schleppten. Dabei griff er sowohl auf eigene Videoaufnahmen der Art Paratrechina longicornis als auch auf ähnliche Daten anderer Forschergruppen zurück. Das Ergebnis: Vorne angreifende Ameisen waren eher dafür verantwortlich, die Last in eine Richtung zu ziehen. Weiter hinten zupackende Artgenossen sorgten eher für das Hochheben. Je nach Position an der Last und Bewegungsrichtung wechselten sich die Tiere bei diesen Aufgaben ab. Als Impuls für die Verhaltensänderung genügte die jeweils auf die Ameisen wirkende Kraft. Parallel durchgeführte Berechnungen zeigten, dass dieses Verhalten im Wesentlichen einem Vielteilchensystem miteinander gekoppelter Partikel entsprach.

Je größer eine Ameisengruppe war, desto rascher wurde die Last gen Nest transportiert. Aber um die korrekte Richtung vorzugeben, waren zusätzlich nicht gekoppelte, individuell handelnde Ameisen nötig. Diese Einzelgänger wussten recht genau, wo sich das Nest befand. Mit diesem Wissen näherten sie sich, griffen die Last im vorderen Bereich an und zogen in die richtige Richtung. Für die anderen Insekten veränderte sich dadurch die wirkende Kraft, sie reagierten direkt und folgten der vorgebenen Richtung. Nach etwa zehn Sekunden wiederholte sich dieses Andocken weiterer, gut orientierter Einzelameisen. Über die fortlaufende Richtungskorrektur blieben die Abweichungen von der kürzesten Strecke zum Nest gering. Auch dieses Eingreifen einzelner Ameisen findet in dem Modell von Vielteilchensystemen eine Entsprechung. So wirken sich in diesen ebenfalls kleine Störungen direkt auf die Dynamik aller Teilchen aus.

Feinerman und Kollegen gelang es mit ihrer Arbeit, das kooperative Verhalten Lasten tragender Ameisen näherungsweise mit physikalischen Modellen miteinander gekoppelter Teilchen zu beschreiben. An den Resultaten werden nicht nur Biologen und Verhaltensforscher großes Interesse haben. Sie könnten auch als Vorlage für eine berechenbare Kontrolle selbstständig und dennoch kooperativ handelnder Robotersysteme dienen.