Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Was wir von Ameisen und Amöben über Koordination und Zusammenarbeit lernen können

13.08.2018

Ameisen agieren ohne ein definiertes Oberhaupt, welches die Arbeitszuteilung vornimmt. Wie selbstverständlich übernehmen die einzelnen Ameisen die notwendigen Aufgaben ohne konkreten Arbeitsauftrag. Sie sind sogar in der Lage, komplex landwirtschaftlich tätig zu sein. Wissenschaftler in Melbourne sind der Ansicht, dass wir Menschen uns an der Arbeitsorganisation der Ameisen ein Beispiel nehmen können, um das Verkehrswesen zu entlasten und Fabrikabläufe zu optimieren. Auch auf die philosophische Frage nach der Organisation von Gesellschaften finden wir bei den Ameisen eine Antwort.

Stellen Sie sich eine viel befahrene Straße mit stockendem Verkehr vor. Und nun stellen Sie sich einen Bürgersteig ganz in der Nähe vor, wo hunderte Ameisen sich ganz still in einer Reihe fortbewegen. Während die Autofahrer vor Wut schäumen und ansonsten nichts tun, tragen die Ameisen ihr Essen ins Nest, arbeiten lebhaft zusammen und machen so ihre Arbeit.


Ameisen bei der Arbeit

Monash University

Professor Bernd Meyer von der IT-Fakultät der Monash University in Melbourne widmet sein Arbeitsleben den Ameisen und ihren gemeinschaftlichen Entscheidungsfähigkeiten. „Die Ameisen treffen ziemlich komplizierte Entscheidungen," erklärt er. „Zum Beispiel finden die Ameisen die besten Nahrungsquellen und den schnellsten Weg hin und zurück ohne Logistikexperten."

Einzeln seien die Insekten nicht besonders clever, doch zusammen können sie ihre Aktivitäten gut koordinieren. Es gibt einiges, was wir hieraus lernen können. „Die Art und Weise wie Ameisen sich organisieren, kann uns einen Einblick geben, wie die Prozesse im Verkehrswesen reibungsloser ablaufen können und Optimierungsansätze für Fabrikabläufe liefern.

Komplexe Aufgaben angehen

Ameisenkolonien werden manchmal mit Städten verglichen, da eine Myriade von Individuen gleichzeitig verschiedene komplexe Arbeitsschritte koordiniert. Das Team zur Nahrungssuche bildet die Brotkrümelkolonne auf dem Bürgersteig, ein anderes Team kümmert sich um den Nachwuchs, während wieder andere zum Beispiel das Ameisennest bauen oder Selbiges verteidigen. Obwohl die Aufgaben höchst effizient koordiniert werden, „sitzt da niemand, der die Aufgaben verteilt und sagt ‚ihr zwei geht in die Richtung und ihr drei kümmert euch um die Verteidigung'," so Professor Meyer.

„Die Ameisen treffen alle individuelle, kleinere Entscheidungen, die sich nur auf die direkte Umgebung beziehen. Es gibt niemanden, der das große Ganze im Blick behält und doch hat die Kolonie den Überblick als eine Art Super-Organismus. Sie schaffen es, die Arbeitskräfte als Kolonie so zuzuteilen, dass alle Bedürfnisse und Anforderungen gedeckt werden können." Bis jetzt weiß niemand ganz genau, wie das bei den Ameisen tatsächlich funktioniert.

Professor Meyer studiert außerdem Schleimformen, „die zwar keine sozialen Insekten sind, aber trotzdem gemeinschaftlich arbeiten". „Der faszinierende Aspekt dieser Amöben ist, dass sie als Kolonien von separaten Zellen für einen gewissen Lebenszeitraum leben, und dann plötzlich verschmelzen. Diese neue große Zelle besitzt mehrere Zellkerne und agiert dann als einzelner Organismus.

Professor Meyer arbeitet unter anderem mit Associate Professor Martin Burd von der School of Biological Sciences der Monash University zusammen. Biologen und Informatiker betrachten die Ameisen aus verschiedenen Blickwinkeln, aber ihre Forschung „verschmilzt im Endeffekt komplett miteinander", so Professor Meyer.

„Es funktioniert nicht, dass die Biologen zunächst ihre Experimente machen und dann ihre Daten weiterreichen, sodass wir sie dann analysieren können. Alles wird gemeinschaftlich gemacht - und das ist der spannende Teil. Es dauert eine Weile, bis man eine gemeinsame Sprache gefunden hat, aber dann kommt man an dem Punkt an, an dem sich das Denken vermischt und ein neuer konzeptioneller Rahmen geschaffen wird. Hierdurch werden neue Entdeckungen überhaupt erst möglich gemacht."

Als Informatiker ist er daran interessiert „die zugrunde liegenden mathematischen Prinzipien herauszufinden", die das Verhalten der Ameisen steuern. „Wir erstellen einen algorithmischen Blick auf die Art und Weise, wie die Ameisen interagieren. Nur so können wir das komplexe Verhalten der Ameisen enträtseln," so Professor Meyer.

Verhaltensmodell

Wissenschaftler spüren einzelnen Ameisen nach und erstellen dann ein Verhaltensmodell für mehrere zehntausende Individuen über einen längeren Zeitraum. Sie versuchen nachzubilden, was sie in einem Experiment sehen, überprüfen, ob ihr Model mit den erhobenen Daten übereinstimmt und nutzen das Modell dann, um noch unbeobachtetes Verhalten vorherzusagen und zu erklären.

Bei der Untersuchung der Pheidole megacephala-Ameise fand Meyer beispielsweise heraus, dass sie, wenn sie eine Nahrungsquelle finden, dort nicht nur zusammenlaufen wie viele andere Spezies auch, sondern ihre Entscheidung überdenken, wenn neue Informationen vorliegen. „Was passiert, wenn wir ihnen eine bessere Nahrungsquelle liefern? Viele Spezies würden das komplett ignorieren, da sie nicht dazu in der Lage sind, sich diesen Veränderungen anzupassen. Die Pheidole megacephala würde jedoch tatsächlich umlenken."

Die Kolonien konnten sich nur für die bessere Alternative entscheiden, weil einzelne Ameisen eine schlechte Entscheidung getroffen hatten. Individuelle Fehler waren also wichtig für die Gruppe als Ganzes, um die Entscheidungen zu verbessern. „Unsere Modelle hatten das vorhergesagt, noch bevor wir eine Spezies gefunden hatten, die das tatsächlich tut," erklärt Professor Meyer.

„Wenn das Individuum keine Fehler macht oder unangepasst agieren kann, übernimmt das Gruppendenken, und plötzlich machen alle das Gleiche. Sie können das mathematisch ausformulieren und es sieht so aus, als könnte man die mathematische Formel auf andere Systeme übertragen – komplett unterschiedliche Systeme, inklusive menschliche Gruppen."

Mehr als 12.500 Ameisenspezies wurden bisher identifiziert, aber man geht davon aus, dass etwa 22.000 existieren. „Ameisen sind ökologisch unglaublich erfolgreich," sagt Professor Meyer. „Sie sind quasi überall. Genau das ist einer der interessanten Aspekte – warum sind sie so anpassungsfähig?"

Professor Meyer untersucht auch die Blattschneiderameise und die asiatische Weberameise. Blattschneiderameisen essen die Blätter, die sich zurück in ihr Nest bringen nicht – sie benutzen sie zur Landwirtschaft. „Sie verfüttern sie an einen Pilz, den sie anbauen, und benutzen dies als Nahrungsquelle. Nochmal, das ist ein sehr komplizierter Ablauf, den es zu organisieren gilt." Asiatische Weberameisen sind wichtig für die Mangoproduktion in Queensland, wo sie zur natürlichen Schädlingsbekämpfung eingesetzt werden. Laut Professor Meyer sind die Ökosystemdienstleistungen der Ameisen häufig unterschätzt.

Wichtige Rollen

Professor Meyer studiert außerdem Bienen, die für ihre wichtige Rolle bei der Pflanzenbestäubung bekannt sind, aber „Ameisen sind ebenso ein Schlüsselelement des Ökosystems". Ameisen bereiten beispielsweise den Erdboden auf. Sie verstreuen Samen und können die landwirtschaftliche Produktivität steigern. Es ist noch nicht bekannt, wie sehr Ameisen (wie auch Bienen) von Umweltgiften und Klimaveränderungen betroffen sind.

„Das gehört zu den Dingen, die wir versuchen zu verstehen. Wenn sich der Druck durch die Umwelt erhöht, was passiert dann beispielsweise mit den Ameisen in Queensland, die zur Mangoproduktion verwendet werden? Werden wir dann die gleichen Auswirkungen sehen, wie bei den Bienen?" Die Ameisen einer Kolonie haben für gewöhnlich alle die selbe Mutter. Aus der Evolutionsperspektive macht es für die individuelle Ameise Sinn sich für das Wohl der Kolonie zu opfern; Ameisen sind absolute Teamplayer.

Menschen haben ein viel größere Bedürfnis nach eigener Handlungsfähigkeit und Unabhängigkeit. Ameisenähnliche Organisationen können im menschlichen Umfeld jedoch manchmal helfen. Professor Meyer sagt, dass viele Industrien ihren Betrieb verbessern, indem sie Algorithmen verwenden, die von dem Verhalten der Ameisen abgeleitet werden. Dazu gehört beispielsweise auch die australische Weinindustrie.

Die Ameisen faszinieren den Menschen. Er denkt, dass der Grund hierfür in dem belebten, aufgabenorientierten Leben der Ameisen liegt, welches eine „größere philosophische Frage aufwerfe. Wie organisieren sich Gesellschaften? Wie können wir eine Gesellschaft erreichen, in der Individuen sich zusammen für das Gemeinwohl einsetzen, ohne hierfür Regeln von oben herab zu diktieren?"

Weitere Informationen:

Institut Ranke-Heinemann / Australisch-Neuseeländischer Hochschulverbund
Pressestelle Friedrichstr. 95
10117 Berlin
Email: berlin(at)ranke-heinemann.de
Tel.: 030-20 96 29 593

Oder:

Bernd Meyer
Professor, Data Science, School of Information Technology
Email: Bernd.meyer(at)monash.edu

Veröffentlichung der Pressemitteilung bitte mit Quellenangabe.

Das Institut ist die gemeinnützige Einrichtung zur Förderung des Austausches und der Auslandsstudien insbesondere mit allen Universitäten Australiens und Neuseelands sowie zur Förderung von Wissenschaft und Forschung. In seinen Förderprogrammen stellt es SchülerInnen und Studierenden Unterstützung in der Finanzierung durch Stipendien und Coaching in der Studienberatung und Studienplatzbewerbung zur Verfügung.

Weitere Informationen:

https://www.ranke-heinemann.de

Sabine Ranke-Heinemann | idw - Informationsdienst Wissenschaft

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Zika und Gelbfieber: Impfstoffe ohne Ei
21.09.2018 | Max-Planck-Institut für Dynamik komplexer technischer Systeme Magdeburg

nachricht Einbahnstraße für das Salz
21.09.2018 | Julius-Maximilians-Universität Würzburg

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: Wie Magnetismus entsteht: Elektronen stärker verbunden als gedacht

Wieso sind manche Metalle magnetisch? Diese einfache Frage ist wissenschaftlich gar nicht so leicht fundiert zu beantworten. Das zeigt eine aktuelle Arbeit von Wissenschaftlern des Forschungszentrums Jülich und der Universität Halle. Den Forschern ist es zum ersten Mal gelungen, in einem magnetischen Material, in diesem Fall Kobalt, die Wechselwirkung zwischen einzelnen Elektronen sichtbar zu machen, die letztlich zur Ausbildung der magnetischen Eigenschaften führt. Damit sind erstmals genaue Einblicke in den elektronischen Ursprung des Magnetismus möglich, die vorher nur auf theoretischem Weg zugänglich waren.

Für ihre Untersuchung nutzten die Forscher ein spezielles Elektronenmikroskop, das das Forschungszentrum Jülich am Elettra-Speicherring im italienischen Triest...

Im Focus: Erstmals gemessen: Wie lange dauert ein Quantensprung?

Mit Hilfe ausgeklügelter Experimente und Berechnungen der TU Wien ist es erstmals gelungen, die Dauer des berühmten photoelektrischen Effekts zu messen.

Es war eines der entscheidenden Experimente für die Quantenphysik: Wenn Licht auf bestimmte Materialien fällt, werden Elektronen aus der Oberfläche...

Im Focus: Scientists present new observations to understand the phase transition in quantum chromodynamics

The building blocks of matter in our universe were formed in the first 10 microseconds of its existence, according to the currently accepted scientific picture. After the Big Bang about 13.7 billion years ago, matter consisted mainly of quarks and gluons, two types of elementary particles whose interactions are governed by quantum chromodynamics (QCD), the theory of strong interaction. In the early universe, these particles moved (nearly) freely in a quark-gluon plasma.

This is a joint press release of University Muenster and Heidelberg as well as the GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung in Darmstadt.

Then, in a phase transition, they combined and formed hadrons, among them the building blocks of atomic nuclei, protons and neutrons. In the current issue of...

Im Focus: Der Truck der Zukunft

Lastkraftwagen (Lkw) sind für den Gütertransport auch in den kommenden Jahrzehnten unverzichtbar. Wissenschaftler und Wissenschaftlerinnen der Technischen Universität München (TUM) und ihre Partner haben ein Konzept für den Truck der Zukunft erarbeitet. Dazu zählen die europaweite Zulassung für Lang-Lkw, der Diesel-Hybrid-Antrieb und eine multifunktionale Fahrerkabine.

Laut der Prognose des Bundesministeriums für Verkehr und digitale Infrastruktur wird der Lkw-Güterverkehr bis 2030 im Vergleich zu 2010 um 39 Prozent steigen....

Im Focus: Extrem klein und schnell: Laser zündet heißes Plasma

Feuert man Lichtpulse aus einer extrem starken Laseranlage auf Materialproben, reißt das elektrische Feld des Lichts die Elektronen von den Atomkernen ab. Für Sekundenbruchteile entsteht ein Plasma. Dabei koppeln die Elektronen mit dem Laserlicht und erreichen beinahe Lichtgeschwindigkeit. Beim Herausfliegen aus der Materialprobe ziehen sie die Atomrümpfe (Ionen) hinter sich her. Um diesen komplexen Beschleunigungsprozess experimentell untersuchen zu können, haben Forscher aus dem Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) eine neuartige Diagnostik für innovative laserbasierte Teilchenbeschleuniger entwickelt. Ihre Ergebnisse erscheinen jetzt in der Fachzeitschrift „Physical Review X“.

„Unser Ziel ist ein ultrakompakter Beschleuniger für die Ionentherapie, also die Krebsbestrahlung mit geladenen Teilchen“, so der Physiker Dr. Thomas Kluge vom...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

4. BF21-Jahrestagung „Car Data – Telematik – Mobilität – Fahrerassistenzsysteme – Autonomes Fahren – eCall – Connected Car“

21.09.2018 | Veranstaltungen

Forum Additive Fertigung: So gelingt der Einstieg in den 3D-Druck

21.09.2018 | Veranstaltungen

12. BusinessForum21-Kongress „Aktives Schadenmanagement"

20.09.2018 | Veranstaltungen

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

Tiefseebergbau: Forschung zu Risiken und ökologischen Folgen geht weiter

21.09.2018 | Geowissenschaften

4. BF21-Jahrestagung „Car Data – Telematik – Mobilität – Fahrerassistenzsysteme – Autonomes Fahren – eCall – Connected Car“

21.09.2018 | Veranstaltungsnachrichten

Optimierungspotenziale bei Kaminöfen

21.09.2018 | Energie und Elektrotechnik

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