Schwarm ist nicht gleich Schwarm, das gilt auch nicht für klonale Fische. | Foto: David Bierbach
Die Forschenden untersuchten Amazonenkärpflinge (Poecilia formosa), eine Fischart, die sich natürlicherweise klonal vermehrt. Da alle Fische dieser Art über ein identisches Erbgut verfügen, eignen sie sich besonders gut, um die Entwicklung von individuellem und kollektivem Verhalten zu untersuchen. Die Fischart ist außerdem lebendgebärend. Mittels Videoaufnahmen beobachtete das Team zehn Gruppen von je vier Geschwistern über einen Zeitraum von 55 Tagen. Alle Fische wurden von Geburt an gemeinsam und unter gleichen Umweltbedingungen aufgezogen. Die Gruppen entwickelten sich jedoch keineswegs auf die gleiche Weise. Trotz nahezu identischer genetischer und umweltbedingter Rahmenbedingungen zeigten sie unterschiedliche Verhaltensmuster. Die Forschenden führen diese Unterschiede auf soziale Interaktionen zurück.
„Der Schwarm ist mehr als die Summe seiner Teile. Diese Untersuchung an klonalen Fischen zeigt, dass soziale Erfahrungen während der Entwicklung eine Schlüsselrolle bei der Entstehung von Gruppenverhalten spielen“, sagt Dr. David Bierbach, Autor der Studie vom Exzellenzcluster „Science of Intelligence“.
Mit zunehmendem Alter werden die Fische geselliger
Direkt nach der Geburt zeigten die Fische kein Schwarmverhalten; In den ersten zwei Lebenswochen entsprach der Abstand zwischen den Gruppenmitgliedern weitgehend dem, was zu erwarten wäre, wenn sich die Fische unabhängig voneinander bewegen würden. Ab der dritten Lebenswoche begannen sie jedoch, sich zunehmend zu gruppieren. Erst ab dem 30. Tag konnte ein stabiler Schwarm beobachtet werden. Auch ihre Bewegungen waren stärker aufeinander abgestimmt, was darauf hindeutet, dass die einzelnen Fische zunehmend aufeinander reagierten. Diese schrittweise Annäherung deutet darauf hin, dass soziale Interaktionen mit zunehmendem Alter an Bedeutung gewinnen.
Unterschiede zwischen den Gruppen zeigen sich sehr früh
Bereits ab dem ersten Lebenstag stellten die Forschenden deutliche Unterschiede zwischen den Gruppen fest. Und das, obwohl die Fische innerhalb jeder Gruppe genetisch identisch waren und unter standardisierten Umweltbedingungen aufgezogen worden waren. Bei einigen Verhaltensweisen waren diese Unterschiede relativ stabil. So zeigten beispielsweise die durchschnittliche Schwimmgeschwindigkeit und die Entfernung vom Mittelpunkt des Beckens während der gesamten Entwicklung recht beständige Unterschiede zwischen den Gruppen.
Der Schwarm ist mehr als die Summe seiner Individuen
Als Nächstes wollten die Forschenden herausfinden, ob das Verhalten des Schwarms im Laufe der Zeit konsistent blieb. Tatsächlich änderte es sich: Es zeigte sich kein Zusammenhang zwischen dem kollektiven Verhaltensmuster einer Gruppe während der ersten fünf Tage und dem der letzten fünf Tage des Experiments. Von Kärpflingen ist bekannt, dass sie ein individuelles Verhalten zeigen, das über die Zeit hinweg konsistent ist. In dem Experiment änderte sich das Gruppenverhalten im zeitlichen Verlauf jedoch auf eine Weise, die sich nicht einfach durch die Mittelwertbildung der individuellen Verhaltenstypen erklären ließ.
Gruppendynamik: Sozialverhalten verändert den Schwarm
Eine mögliche Erklärung ist, dass soziale Interaktionen mit zunehmender Reife der Fische an Bedeutung gewinnen. In jungen Jahren, wenn die Fische noch wenig soziale Interaktion zeigen, spiegeln die Unterschiede zwischen den Gruppen weitgehend die Unterschiede zwischen ihren einzelnen Mitgliedern wider. Wenn die Fische sozial reaktionsfähiger werden, können Interaktionen zwischen den Gruppenmitgliedern das individuelle Verhalten beeinflussen. Ein Fisch ändert seine Bewegung, ein anderer reagiert darauf, und diese Reaktion beeinflusst wiederum die anderen. Solche Interaktionen können bestehende Unterschiede verstärken, sie verringern oder Gruppen auf unterschiedliche Verhaltensverläufe lenken. Die Studie kann nicht aufzeigen, welche spezifischen sozialen Interaktionen diese Verläufe hervorrufen. Sie belegt jedoch, dass Unterschiede auf Gruppenebene in einer Phase, in der sich die soziale Interaktion rasch verändert, weniger vorhersehbar werden. Die Autor*innen vermuten daher, dass zunehmende soziale Rückkopplungen zu Unterschieden der Gruppendynamik während der Entwicklung beitragen könnten.
„Die Ergebnisse erweitern unser Verständnis von individuellen Unterschieden und kollektivem Verhalten um eine weitere Ebene. Tiergruppen werden oft als relativ stabile Einheiten betrachtet, die charakteristische Bewegungsmuster oder soziale Organisationsformen aufweisen. Die Ergebnisse zu den Amazonenkärpflingen deuten jedoch darauf hin, dass sich diese Merkmale auf Gruppenebene im Laufe der Entwicklung erheblich verändern können“, so David Bierbach.
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Wissenschaftliche Herangehensweise
Das Verständnis dafür, wie Unterschiede auf Gruppenebene entstehen, ist eine offene Frage in der Erforschung des kollektiven Verhaltens. Da sich Gruppen in der Regel aus unterschiedlichen Individuen zusammensetzen und unterschiedlichen Umgebungen ausgesetzt sind, ist es schwierig festzustellen, ob sich eine Gruppe aufgrund der zugehörigen Individuen oder aufgrund der Interaktionen zwischen ihren Mitgliedern unterschiedlich verhält. Der von Natur aus klonale Amazonenkärpfling ist ein ideales Modell, um dieser Frage nachzugehen. Frühere Arbeiten des Teams haben gezeigt, dass einzelne Amazonenkärpflinge dennoch konsistente Verhaltensunterschiede entwickeln können, selbst wenn sie unter ähnlichen Bedingungen aufgezogen werden.
Die Forscherinnen und Forscher kehrten daher die Logik um: Anstatt zu fragen, wie genetisch unterschiedliche Individuen zum kollektiven Verhalten beitragen, fragten sie, was passiert, wenn genetisch identische Individuen in verschiedenen Gruppen zusammengebracht werden. Mithilfe automatisierter Videoüberwachung wurde die Position der Fische während der gesamten Tageslichtstunden aufgezeichnet. So entstand ein detailliertes Bild davon, wie sich das Verhalten jeder Gruppe im Laufe ihrer Entwicklung veränderte. Dieses „Big-Brother-Setup” ermöglichte es den Forschenden, die Gruppen vom Moment ihrer Bildung an zu verfolgen, anstatt bereits über Wochen hinweg entwickelte Gruppen zu untersuchen.
