Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Überleben unter Kannibalen

14.09.2012
Heuschrecken bewegen sich in Schwärmen, damit sich ihre Populationen nicht selbst ausrotten

Heuschreckenplagen könnten sich künftig besser bekämpfen lassen. Denn ein internationales Forscherteam unter Beteiligung des Max-Planck-Instituts für Physik komplexer Systeme hat weitere Details geklärt, wie die eigentlich als Einzelgänger lebenden Insekten Schwärme bilden. Vor allem in Afrika vernichten die Heuschreckenmassen immer wieder große Teile der Ernte.


Heuschrecken verändern mit steigender Populationsdichte ihre Farbe von grün zu gelb-braun. Außerdem legen sie ein völlig anderes Verhalten an den Tag: Aus Einzelgängern werden Schwärmer. Die Heuschrecken folgen den Artgenossen, die sich von ihnen entfernen, und fliehen vor denen, die sich auf sie zu bewegen. Das führt zu einer kollektiven Bewegung im Schwarm. So verringern sie das Risiko des Kannibalismus. © Gregory Sword

Wie die Arbeitsgruppe in einer Computersimulation herausgefunden hat, führt der unter Heuschrecken übliche Kannibalismus dazu, dass Heuschrecken ab einer bestimmten Populationsdichte in Schwärmen über das Land ziehen. Dieser Verhaltenswechsel hält das Risiko des Kannibalismus nämlich auch im dichten Gedränge möglichst gering. Außerdem hat sich herausgestellt, dass sich die Schwärme erst bei einer sehr niedrigen Heuschreckendichte wieder auflösen – viel niedriger jedenfalls als die, bei der sie sich bilden. Diese Erkenntnis könnte helfen, die Bildung von Heuschreckenschwärmen frühzeitig zu verhindern.

Kannibalismus ist ein weit verbreitetes Phänomen im Tierreich. Auch bei den Heuschrecken lauert der Feind in den eigenen Reihen. Aus dem Grund gehen sie sich möglichst aus dem Weg und verteilen sich auf der Suche nach Nahrung weitläufig über das Land. Müssen die Tiere aber näher zusammenrücken, weil das Nahrungsangebot knapp wird, dann nimmt auch das Risiko, von einem Artgenossen gefressen zu werden, zu. Sobald die Populationsdichte einen kritischen Wert überschreitet, bilden die Heuschrecken die verheerenden Schwärme. Die aktuelle Studie des Max-Planck-Instituts für Physik komplexer Systeme in Zusammenarbeit mit der Princeton University, dem Indian Institute of Science, der Texas A&M University und der University of Sydney trägt dazu bei, die Bildung der Schwärme in Zukunft zuverlässiger vorherzusagen und zu bekämpfen.

Die Heuschreckenschwärme entstehen, weil die Insekten ihr Verhalten drastisch ändern: Sie verwandeln sich von Einzelgängern zu Schwärmern, die sich kollektiv bewegen. So einen Wechsel in einem oder mehreren Merkmalen auf Grund von Umwelteinflüssen bezeichnen Biologen als Polyphenismus. Bei den Wüstenheuschrecken, sind die Unterschiede zwischen den beiden Typen so groß, dass man lange Zeit dachte es handele sich um zwei unterschiedliche Arten. Nicht zuletzt deshalb, weil die Einzelgänger grün sind und die Schwärmer gelb-braun gemustert.

Der Kannibalismus erklärt warum die Heuschrecken ihr Verhalten ändern

Frühere Studien hatten bereits gezeigt, dass Kannibalismus eine treibende Kraft der kollektiven Bewegung von Heuschrecken ist. Dabei beginnen bereits die jungen, noch nicht flugfähigen Insekten auf dem Boden sich aufeinander abgestimmt zu bewegen – ihr Verhalten ähnelt also schon dem eines Schwarms. Auf der Suche nach Nahrung setzt eine Art erzwungener Marsch ein. Sobald die Tiere fliegen können, setzen sie die kollektive Bewegung in der Luft fort. Insekten, die nicht mit dem Strom ziehen, haben eine höheres Risiko, von Artgenossen angegriffen und verspeist zu werden. Die geordnete Bewegung der Gruppe sichert so das Überleben der Heuschrecken.

Der Kannibalismus ist aber nicht nur ein Schlüsselfaktor für die Schwarmbewegung, sondern liefert darüber hinaus eine Erklärung, warum die Heuschrecken diesen Polyphenismus in der Evolution überhaupt erst entwickelt haben. Das hat ein Team aus Biologen, theoretischen Ökologen und Physikern in ihrer aktuellen Studie gezeigt. Die Wissenschaftler konzipierten ein Computermodell, das die Bewegung der Heuschrecken simuliert. Sie schufen dafür eine fiktive Heuschreckenpopulation, deren Individuen zu Beginn verschiedene Bewegungsstrategien verfolgen können. Anschließend haben die Forscher die unterschiedlichen Verhaltenweisen im Computer gegeneinander antreten lassen um mit Hilfe eines so genannten Evolutionären Algorithmus die beste Strategie zu finden um direkte Kontakte mit Artgenossen, und somit das Risiko von Kannibalismus, zu minimieren. „Wichtig ist dabei, dass wir unseren Heuschrecken nicht vorschreiben, wie sie sich bewegen“, sagt Pawel Romanczuk, einer der Autoren der Studie vom Dresdener Max-Planck-Institut. „Denn dann hätten wir lediglich unsere heutigen Beobachtungen in Formeln ausgedrückt.“

Die kollektive Bewegung sichert das Überleben der Art

Anhand dieses Modells fanden die Forscher heraus, welches Bewegungsmuster optimal ist, um das Kannibalismus-Risiko bei steigender Populationsdichte möglichst gering zu halten und damit das Überleben der Art zu sichern. Bei nur wenigen Insekten pro Quadratmeter sollten sie sich möglichst aus dem Weg gehen und als Einzelgänger unterwegs sein. Ab einer bestimmten Populationsdichte allerdings geben die Heuschrecken ihr distanziertes Verhalten dem Modell zufolge auf und werden geselliger, um ihr Überleben zu sichern. Im Schwarm erweist sich als beste Strategie für jedes Individuum, den Artgenossen zu folgen, die sich von ihm entfernen, und vor denen zu fliehen, die sich auf es zu bewegen. Dadurch entsteht die kollektive Bewegung. Die Heuschrecken rücken im Schwarm insgesamt zwar näher zusammen, durch das kollektive Verhalten verhindern sie jedoch einen direkten Kontakt. Genau diesen Wechsel des Verhaltens beobachtet man in der Natur.

Neben dieser grundlegenden Erkenntnis brachte die Studie auch ein Ergebnis mit möglicherweise praktischem Nutzen: Die Heuschrecken verfügen über eine Art Gedächtnis. Denn sobald die Heuschreckendichte abnimmt, verhalten sie sich wieder wie Einzelgänger und gehen sich großräumig aus dem Weg. Wie die Simulation von Pawel Romanczuk und seinen Kollegen zeigte, liegt der Schwellenwert für diesen Verhaltenswechsel jedoch viel niedriger als der für die Schwarmbildung. „Um einen bereits existierenden Schwarm wieder aufzulösen, muss man die Heuschrecken also sehr stark dezimieren“, sagt Romanczuk. Heute werden meist erst die zerstörerischen Schwärme bekämpft. „Es ist aber sinnvoll, die Heuschrecken-Population schon vorher klein zu halten, sodass sich erst gar keine Schwärme bilden.“ Das würde Mensch und Umwelt auch mit weniger Pestiziden belasten.

Ansprechpartner

Dr. Pawel Romanczuk
Max-Planck-Institut für Physik komplexer Systeme, Dresden
Telefon: +49 351 871-2412
Email: prom@­pks.mpg.de
Originalveröffentlichung
Vishwesha Guttal, Pawel Romanczuk, Stephen J. Simpson, Gregory A. Sword, Iain D. Couzin

Cannibalism can drive the evolution of behavioural phase polyphenism in locusts

Ecology Letters, 8. August 2012; DOI: 10.1111/j.1461-0248.2012.01840.x

Dr. Pawel Romanczuk | Max-Planck-Institut
Weitere Informationen:
http://www.mpg.de/6351686/

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Vom Stroh zum Energieträger: Eintopf-Rezept für Wasserstoffgewinnung
24.05.2018 | Leibniz-Institut für Katalyse e. V. an der Universität Rostock

nachricht Geregelter Nano-Aufbau
24.05.2018 | Gesellschaft Deutscher Chemiker e.V.

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Molecular switch will facilitate the development of pioneering electro-optical devices

A research team led by physicists at the Technical University of Munich (TUM) has developed molecular nanoswitches that can be toggled between two structurally different states using an applied voltage. They can serve as the basis for a pioneering class of devices that could replace silicon-based components with organic molecules.

The development of new electronic technologies drives the incessant reduction of functional component sizes. In the context of an international collaborative...

Im Focus: GRACE Follow-On erfolgreich gestartet: Das Satelliten-Tandem dokumentiert den globalen Wandel

Die Satellitenmission GRACE-FO ist gestartet. Am 22. Mai um 21.47 Uhr (MESZ) hoben die beiden Satelliten des GFZ und der NASA an Bord einer Falcon-9-Rakete von der Vandenberg Air Force Base (Kalifornien) ab und wurden in eine polare Umlaufbahn gebracht. Dort nehmen sie in den kommenden Monaten ihre endgültige Position ein. Die NASA meldete 30 Minuten später, dass der Kontakt zu den Satelliten in ihrem Zielorbit erfolgreich hergestellt wurde. GRACE Follow-On wird das Erdschwerefeld und dessen räumliche und zeitliche Variationen sehr genau vermessen. Sie ermöglicht damit präzise Aussagen zum globalen Wandel, insbesondere zu Änderungen im Wasserhaushalt, etwa dem Verlust von Eismassen.

Potsdam, 22. Mai 2018: Die deutsch-amerikanische Satellitenmission GRACE-FO (Gravity Recovery And Climate Experiment Follow On) ist erfolgreich gestartet. Am...

Im Focus: Faserlaser mit einstellbarer Wellenlänge

Faserlaser sind ein effizientes und robustes Werkzeug zum Schweißen und Schneiden von Metallen beispielsweise in der Automobilindustrie. Systeme bei denen die Wellenlänge des Laserlichts flexibel einstellbar ist, sind für spektroskopische Anwendungen und die Medizintechnik interessant. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Leibniz-Instituts für Photonische Technologien (Leibniz-IPHT) haben, im Rahmen des vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) geförderten Projekts „FlexTune“, ein neues Abstimmkonzept realisiert, das erstmals verschiedene Emissionswellenlängen voneinander unabhängig und zeitlich synchron erzeugt.

Faserlaser bieten im Vergleich zu herkömmlichen Lasern eine höhere Strahlqualität und Energieeffizienz. Integriert in einen vollständig faserbasierten...

Im Focus: LZH zeigt Lasermaterialbearbeitung von morgen auf der LASYS 2018

Auf der LASYS 2018 zeigt das Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH) vom 5. bis zum 7. Juni Prozesse für die Lasermaterialbearbeitung von morgen in Halle 4 an Stand 4E75. Mit gesprengten Bombenhüllen präsentiert das LZH in Stuttgart zudem erste Ergebnisse aus einem Forschungsprojekt zur zivilen Sicherheit.

Auf der diesjährigen LASYS stellt das LZH lichtbasierte Prozesse wie Schneiden, Schweißen, Abtragen und Strukturieren sowie die additive Fertigung für Metalle,...

Im Focus: Achema 2018: Neues Kamerasystem überwacht Destillation und hilft beim Energiesparen

Um chemische Gemische in ihre Einzelbestandteile aufzutrennen, ist in der Industrie die energieaufwendige Destillation gängig, etwa bei der Raffinerie von Rohöl. Forscher der Technischen Universität Kaiserslautern (TUK) entwickeln ein Kamerasystem, das diesen Prozess überwacht. Dabei misst es, ob es zu einer starken Tropfenbildung kommt, was sich negativ auf die Trennung der Komponenten auswirken kann. Die Technik könnte hier künftig automatisch gegensteuern, wenn sich Messwerte ändern. So ließe sich auch Energie einsparen. Auf der Prozesstechnik-Messe Achema in Frankfurt stellen sie die Technik vom 11. bis 15. Juni am Forschungsstand des Landes Rheinland-Pfalz (Halle 9.2, Stand A86a) vor.

Bei der Destillation werden Flüssigkeiten durch Verdampfen und darauffolgende Kondensation des Dampfes in ihre Bestandteile getrennt. Ein bekanntes Beispiel...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Größter Astronomie-Kongress kommt nach Wien

24.05.2018 | Veranstaltungen

22. Business Forum Qualität: Vom Smart Device bis zum Digital Twin

22.05.2018 | Veranstaltungen

48V im Fokus!

21.05.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Größter Astronomie-Kongress kommt nach Wien

24.05.2018 | Veranstaltungsnachrichten

Blutplättchen im Visier

24.05.2018 | Biowissenschaften Chemie

Jeder Zweite nimmt mindestens einmal im Jahr an einer Weiterbildung teil

24.05.2018 | Bildung Wissenschaft

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics