Das Denkerkollektiv

Schwarmintelligenz 2 Seit Millionen von Jahren auf der Siegerseite der Evolution: An Ameisenkolonien erforschen Wissenschaftler die ­erstaunliche Intelligenz von „Superorganismen“

Ameisen faszinieren Philosophen, Schriftsteller und Wissenschaftler seit Jahrtausenden, doch gerade im vergangenen Jahrzehnt kam es zu einer Flut von neuen Erkenntnissen, manche Forscher sprechen sogar von einer neuen Phase der Biologie, in der man zu verstehen sucht, wie es Gruppen von Individuen möglich ist, als ein einziger „Superorganismus“ zu handeln.

Seit die ersten Ameisen vor mehr als 150 Millionen Jahren auf der Erdoberfläche erschienen, sind sie, abgesehen von der Antarktis, auf jeden Kontinent vorgedrungen, haben als Jäger, Aasfresser oder Landwirte jede ökologische Nische besetzt und sich in Tausende verschiedener Formen und Größen entwickelt. Ameisenkolonien können aus einem Dutzend oder aus Millionen Einzeltieren bestehen. Die meisten sind sterile Weibchen, die als Jägerinnen, Soldatinnen oder Pflegerinnen einer ganz bestimmten Tätigkeit nachgehen. Die gesamte Brut wird von ein paar wenigen, manchmal aber auch nur einem einzigen fruchtbaren Weibchen hervorgebracht. Männchen sind für gewöhnlich nur vorübergehend zugegen. Als relativ nutzlose Drohnen werden sie geduldet, bis sie die Königin befruchtet haben und dann zügig vertrieben oder getötet. Ihren Samen kann eine Königin über zehn Jahre lang aufbewahren und nach und nach Millionen Eier damit befruchten.

Immer der Nase nach

Zu den besterforschten Vertretern gehören die Atta oder Blattschneiderameisen, die auf dem amerikanischen Kontinent beheimatet sind. Eine typische Kolonie vereint bis zu acht Millionen Mitglieder, eingeteilt in Kasten mit jeweils spezifischen Aufgaben. So schneidet eine Kaste mit ihren kräftigen Mundwerkzeugen, die sie bis zu tausend Mal pro Sekunde bewegen können, Blätter von Bäumen, die dann von den Angehörigen einer anderen Kaste zum Nest zurückgetragen werden, wo sie von einer dritten Gruppe zerkleinert und schließlich von den kleinsten Ameisen, die zweihundertmal kleiner sind als die Angehörigen der größten Kaste, zu einem Substrat verarbeitet werden. Mit diesem werden dann Pilze genährt, die die Tiere zur Nahrungsgewinnung in Gärten anbauen.

Ein Atta-Ameisen-Nest kann innerhalb eines Tages einen ganzen Zitronenbaum entlauben. Im südamerikanischen Regenwald ernten die Ameisen rund fünf Prozent des jährlichen Pflanzenwachstums ab — mehr als jedes andere Tier. Sogar Nutzviehhaltung gibt es unter Ameisen. Manche Kolonien halten sich Blattläuse, die sie mit Drogen ruhig stellen, um ihnen einen zuckrigen Honigtau abmelken zu können, der ihnen als Nahrung dient. Jeden Tag sind die Ameisenvölker dieser Welt rund um die Uhr aktiv: Sie spähen ihre Umgebung aus, sie kämpfen und umhegen ihren Nachwuchs. Die gemeinsame Arbeit ist für das Wohlergehen der Ameisen von so großer Bedeutung, dass von der Gruppe getrennte Einzeltiere schnell sterben.

Nigel R. Franks fand 2007 heraus, dass eine bestimmte Spezies der Armeeameisen Löcher im Waldboden mit ihren eigenen Körpern füllt und so ihren von der Nahrungssuche zurückkehrenden Genossinnen den Weg ebnet. Dabei füllen Ameisen verschiedener Größe entsprechend große Löcher. Stößt der Trupp auf ein noch größeres Loch, tun sich zwei Tiere zusammen.

Gesteuert wird das komplexe Gruppenverhalten über Pheromone. Rund zwei Dutzend verschiedene Arten dieser Chemikalien leiten die Instinkte eines jeden Tiers, sagen ihnen, in welcher Richtung sie das Nest verlassen sollen, um Nahrung zu finden, welche ihrer Nestgenossinnen gerade im Sterben liegt und von der Kolonie entfernt werden muss, welche gefüttert werden muss, welche Soldatin, welche Königin und welche für die Abfallentsorgung zuständig ist. Ohne die Pheremone sind die Ameisen verloren, das Volk bricht auseinander. Platziert man die Pheromone an den falschen Stellen oder entfernt sie, bricht Verwirrung unter den Tieren aus.

Heil, königliches Geräusch

In den Pheromonen liegt auch die Antwort auf die Frage, wie innerhalb einer Kolonie komplexe Gruppenentscheidungen zustande kommen. Als Beispiel betrachte man die Suche nach einer neuen Nistmöglichkeit. Findet eine Kundschafterin eine potenzielle Stätte, vermisst sie zunächst wichtige Eigenschaften wie die Grundfläche, den Lichteinfall und die Größe der Eingänge. Befindet sie den Ort für geeignet, kehrt sie zur Kolonie zurück und weist im Tandemlauf anderen Kundschafterinnen den Weg. „Überschreitet deren Anzahl dann einen Schwellenwert, gehen sie vom quälend langsamen Tandemlauf dazu über, ihre Nestgenossinnen zu tragen,“ erläutert Franks. Ameisen entscheiden also individuell und mit Hilfe von Pheromonen, was zu tun ist. Überschreitet die Anzahl der Ameisen, die einen bestimmten Entschluss gefasst haben, jedoch einen gewissen Schwellenwert, gilt der Entschluss für die gesamte Kolonie.

„Es gibt verschiedene Schwellenwerte für verschiedene Dinge – einen dafür, ob ein Nest verlassen wird, einen dafür, ob ein neues Nest angenommen wird und der Tandemlauf begonnen werden kann, und wieder einen für den Wechsel Tandemlauf zum Tragen“, erklärt Franks. Was die Ameisen wissenschaftlich so interessant macht, ist, dass sich aus dem erstaunlichen Kollektivverhalten dieser Tiere — die im Grunde nicht mehr sind als Automaten, die Chemikalien wahrnehmen -— Rückschlüsse auf Systeme ziehen lassen, wie sie im menschlichen Körper zu finden sind.

Einzelne Nervenzellen beispielsweise sind relativ dumm. Arbeiten aber Millionen von ihnen im menschlichen Gehirn zusammen und reagieren auf den Spiegel von Neurotransmitter-Chemikalien, geschehen bemerkenswerte, außerordentlich kreative Dinge. „Vielleicht arbeitet unser eigenes Gehirn auch mit diesen Schwellenwerten. Die Modellierung eines Gehirns und einer Ameisenkolonie zeigt große Ähnlichkeiten. Entscheidet unser Gehirn aufgrund eines visuellen Reizes, unsere Augen nach links oder rechts zu bewegen, dann spielen auch dabei Schwellenwerte eine Rolle.“

Kommunikation durch Berührung

Franks Kollege aus Bristol, der Computerexperte James Marshall, hat kürzlich seine Forschungsergebnisse über formale Parallelen zwischen Schaltkreisen, die in Primatenhirnen für Entscheidungen zuständig sind, und Kolonien sozialer Insekten im Journal of the Royal Society veröffentlicht. Vollkommen gleich sind diese Vorgänge nicht: Ameisen kommunizieren nicht nur anhand von Chemikalien, sondern auch durch Gesang und Geräusche, die sie durch das Aneinanderreiben ihrer Körperteile erzeugen und indem sie einander berühren.
Jeremy Thomas von der Universität Oxford hat gerade gezeigt, dass häufig auch Angehörige anderer Spezies sich diese Kommunikationsstrukturen zunutze machen: Einige Ameisenarten verpflegen fremde Eindringlinge wie zum Beispiel Raupen, wenn diese nur die richtigen Geräusche machen. Als Thomas eine Kolonie mit den Tönen beschallte, die eine Königin macht, konnte er zeigen, dass die Ameisen vor den Miniaturlautsprechern strammstanden und diese sogar grüßten. Zwar war Wissenschaftlern schon länger bekannt, dass Ameisen Laute von sich geben, wenn sie unter Stress stehen, doch Thomas’ in Science veröffentlichte Ergebnisse belegten, dass die Tiere mittels viel komplexerer Geräusche eine weit größere Bandbreite von Botschaften übermitteln als bisher vermutet.

Wissenschaftlern wie Franks halten Ameisen für die ideale Spezies, um Theorien experimentell zu prüfen: „Ameisen sind die Lego-Klötze der Biologie – man kann sie beliebig auseinandernehmen und wieder zusammensetzen. Eine Kolonie besteht aus Einzelorganismen, und ohne ethische Bedenken lässt sich eine Kolonie zerteilen und neu gemischt wieder zusammensetzen, ohne dass die Einzelameise dadurch irgendein Leid oder Stress erfährt.“
Bert Hoelldobler, Biologe an der Universität von Arizona, erklärt es so: „Ameisenkolonien könnten unschätzbare empirische Daten liefern, die Aufschluss darüber erlauben, wie sich das Leben innerhalb von Gemeinschaften entwickelt hat. Vergleicht man den biologischen Bauplan einer Ameisengemeinschaft mit dem von Menschen, erkennt man jedoch rasch, dass menschliche Gesellschaften weniger auf genetische Programmierung als auf Kultur beruhen. Die Grundbaupläne für die Organisation von Gesellschaften, die in unseren Genen zu finden sind, sind viel simpler als diejenigen der Ameisen.“

Dieser hochkomplexe genetische Bauplan, der bei den Ameisen zu finden ist, brachte Hoelldobler und seinen Kollegen Edward O. Wilson dazu, eine neue Klasse von Lebewesen vorzuschlagen: den Superorganismus. Wilson definierte ihn so: „Bei einem Superorganismus handelt es sich um eine eng miteinander verbundene Gemeinschaft, die Arbeit altruistisch unter ihren Mitgliedern aufteilt. Einzelne Individuen innerhalb dieser Gemeinschaft sind zur Fortpflanzung bestimmt, während die anderen Arbeiter sind. Dadurch kann die Gruppe als ein einzelner Organismus funktionieren.“

Arbeiten bis zum Tod

Man muss sich einen Superorganismus als eine teilbare Kreatur vorstellen, die ihre Gliedmaßen in viele Richtungen gleichzeitig ausstrecken kann, die auf Nahrungssuche gehen und sich, wenn die ganze Umgebung abgegrast ist, wieder in ihr Nest zurückzieht. In ihrem jüngsten Buch The Superorganism (Norton Company 2009, im Herbst auf Deutsch bei Springer Berlin) verdeutlichen Wilson und Hoelldobler ihren Gedanken, indem sie die einzelnen Tiere einer Ameisenkolonie mit einer Zelle in Organismen wie dem menschlichen Körper vergleichen, von denen jede auf eine bestimmte Aufgabe spezialisiert ist und bis zum eigenen Tod für das Wohl des gesamten Organismus arbeitet.

Superorganismen können einzelnen Lebewesen überlegen sein, weil sie in Verbünden handeln, um Nahrungskonkurrenten abzuwehren. Ein Einzelinsekt wird eher zurückweichen, als für ein Stückchen Nahrung das eigene Leben zu riskieren – nicht so Ameisen: „Sie sind bereit, auf der Stelle bis zum Tod zu kämpfen,“ sagt Wilson. „Die Kolonie beeinträchtigt das kaum. Sie wird lediglich ein wenig geschwächt, wenn Arbeiter hierbei sterben, aber nicht sehr. Sie machen einfach weiter. Die Königin kann einfach mehr Arbeiter produzieren.“
Hoelldobler holt noch weiter aus: Ein Superorganismus verfüge über eine Form von Intelligenz, eine Ameisenkolonie funktioniere wie ein Problemlösungs-Apparat oder ein einfaches Gehirn: „Man betrachte nur einmal die unglaubliche Struktur der Nester der Blattschneideameisen, die teilweise acht Meter tief reichen und eine Fläche von 50 Quadratmetern einnehmen. Eine einzelne Ameise wäre dazu nicht imstande, könnte gar nicht auf die Idee kommen. Doch durch Interaktion, dadurch, dass Millionen von Individuen auf bestimmte Reize reagieren, die von anderen Arbeiterinnen kommen, entstehen solch fantastische Strukturen.“ Als nächsten Fortschritt, meint Wilson, wird die Biologie erklären, wie sich soziale Lebewesen in Superorganismen weiterentwickeln.

Übersetzung der gekürzten Fassung: Zilla Hofmann

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Geschrieben von

Alok Jha, The Guardian | The Guardian

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