Das große Krabbeln


Ameisen erobern die Welt, weil Millionen Tiere wie ein Organismus agieren. Sie bauen lebende Brücken, pinkeln gemeinsam das überschwemmte Nest leer oder überfallen ein anderes Nest, alles ohne zentrale Kommandoebene. Ein Vorbild für effektive Arbeitsabläufe.

Handelsblatt, Wissenschaft, S. 9, 14. September 2006


HB140906 - Von den Erfolgreichen lernen heißt siegen lernen. Ameisen, eine der erfolgreichsten Organismengruppen dieses Planeten, gibt es seit rund 140 Millionen Jahren, fast 12 000 Arten bevölkern die eisfreien Zonen der Erde. Sie bilden Staaten von bis zu 20 Millionen Individuen in einem Nest. Laut dem Projekt Life Counts gibt es geschätzte zehntausend Billionen Ameisen (eine Eins mit 16 Nullen). Ein Berg aus all diesen Winzlingen wäre etwa so schwer wie die Masse aller Menschen, obwohl die "Formiciden" maximal Daumennagelgröße erreichen.

Ein Schlüssel für den Erfolg der Krabbler ist die Vielfalt ihres Verhaltens, die entdeckt, wer sich auf Augenhöhe mit den quirligen Sechsbeinern begibt, so wie Sheila Patek und ihr Team von der University of California. Sie filmte die Schnappkieferameisen beim Hoch-Weitsprung und berichtete darüber jüngst in der Zeitschrift "Proceedings of the National Academy of Sciences".

Dazu nutzen die Tiere den wohl schnellsten Reflex der Welt - nicht im Knie, sondern im Kiefer: Mit bis zu 65 Meter pro Sekunde schnellen die Zangen von Odontomachus bauri gegen den Boden und katapultieren das Insekt wie im Kung-fu-Film acht Zentimeter hoch oder bis zu vierzig Zentimeter weit. Ein Mensch müsste 65 Meter weit springen, um Ähnliches zu vollbringen. "Dadurch flüchten sie vor einem übergroßen Gegner oder katapultieren sich und einen gleich großen Eindringling voneinander weg", sagt Patek.

Neben solch bemerkenswerten Einzelleistungen ist es vor allem ihr Mannschaftsspiel, das Ameisen zu einer der erfolgreichsten Tiergruppen macht. Dass viele von ihnen gemeinschaftlich Pilze züchten oder im Stile von Kuhhirten Blattläuse hüten und melken, wissen Forscher schon länger. Dass sie aber auch ganze Waldabschnitte zu ihren Gunsten kultivieren, das überraschte selbst die an ungewöhnliche Verhaltensweisen gewöhnte Wissenschaftlergilde.

Megan Frederickson von der Stanford Universität löste ein Rätsel des Regenwaldes im peruanischen Amazonasgebiet (Bericht in "Nature"). In diesem Paradies der botanischen Vielfalt gibt es immer wieder Inseln der Monotonie aus Baumgruppen von bis zu 300 Exemplaren von Duroia hirsuta, einem Rötegewächs. Die Einwohner der Region haben die natürlichen Monokulturen "des Teufels Garten" getauft, weil sie so sonderbar sind.

Aber es ist nicht der Teufel, sondern die Ameise Myrmelachista schumanni, die die Konkurrenten der Baumart aus dem Weg räumt. "Die Ameisen erschaffen einen Platz mit nur einer Pflanzenart an einem der biologisch vielfältigsten Orte der Welt", begeistert sich Frederickson. Sie fand heraus, dass die Sechsbeiner alle anderen Pflanzen durch Säureanschläge töten. Aus gutem Grund: Der Pflanzenkiller wohnt in den hohlen Stämmen der Bäume. Auf diese Weise erhöhen die M. schumanni die Zahl ihrer Behausungen, eine Baum-Stadt für Millionen Bewohner.

Kollektive Intelligenz

Dass die kleinen Förster es schaffen, koordiniert ein Stück Wald zu bestellen, verdanken sie ihrer kollektiven Intelligenz. Die einzelnen Mitglieder agieren wie die Teile eines großen Ganzen, wie Zellen eines Körpers, weshalb Biologen einen Ameisenstaat auch als Superorganismus bezeichnen. Das Zauberwort für das Phänomen lautet Emergenz, das Ganze ist größer als die Summe seiner Teile.

"Das wirklich Spannende an all den kollektiven Verhaltensweisen ist, dass es keine zentrale Befehlsstelle gibt", sagt Martin Middendorf von der Universität Leipzig. Es gibt zwar eine dicke Königin, die für den Nachwuchs sorgt, aber so machtlos ist wie die von England. Obwohl also niemand zentral die Fäden zieht, agieren Ameisen als Gruppe. Tropische Wanderameisen schließen sich bei Überschwemmung zu lebenden Flößen zusammen und treiben auf der Welle. Sie bauen lebende Brücken über Abgründe, indem sich ein Tier an das nächste hängt, bis sie die andere Seite erreichen. Die malaysischen Ameisen Cataulacus muticus pumpen gemeinsam das Wasser aus ihren Behausungen in Riesenbambusstämmen: Sie halten Saufgelage ab und pinkeln das Wasser aus der Wohnung, bis alles trocken gelegt ist.

Das Prinzip dahinter ist immer das gleiche: "Sie schaffen es, übergeordnete Probleme zu lösen nur mit Informationen, die den einzelnen Tieren vor Ort zur Verfügung stehen", sagt Middendorf. Verstanden haben Wissenschaftler dieses autonome Entscheiden auf Grund lokaler Informationen, als sie herausfanden, wie einzelne Ameisen den kürzesten Weg zu einer Futterquelle aufstöbern und bald darauf alle diesen Weg nutzen.

Die Pfadfinder suchen zunächst die Umgebung ab, bis einer zufällig den kürzesten Weg zurück zur Kolonie entdeckt. Weil diese Ameise schneller wieder im Nest ist als die anderen, erneuert sie auch schneller die Duftspur, auf der ihr die Genossen folgen können. Bei längeren Wegen verflüchtigt sich die Spur schneller. "Auf diese Weise setzt sich über kurz oder lang der kürzeste Weg durch", sagt Middendorf.

Informatiker nutzen Ameisen-Prinzipien

Die optimale Lösung für die ganze Kolonie entsteht, weil durch Zufall und etwas Zeit jedes Einzeltier die simple Information Duftkonzentration nutzt, die ihm vor Ort zur Verfügung steht. Informatiker begriffen in den neunziger Jahren, dass sie dieses Prinzip auch auf andere Probleme anwenden konnten. Middendorf: "Man kann das für die Optimierung eines Problems einsetzen, wenn eine Lösung aus einer Folge von Entscheidungen konstruiert werden kann." Und davon gibt es im Wirtschaftsleben unzählige. Zum Beispiel, wenn festgelegt werden muss, in welcher Reihenfolge eine Maschine verschiedene Werkstücke möglichst effizient fertigen soll. Oder wenn - wie bei den Ameisen - die kürzeste Strecke innerhalb eines Gebietes errechnet werden muss.

Middendorfs Gruppe erstellte Algorithmen für eine Firma, die Routen berechnet. Ein Kunde musste 500 Supermärkte mit seinen LKWs beliefern. Jede Nacht sucht ein Computer nach dem Ameisen-Prinzip die schnellsten Route heraus: "Durch unseren Algorithmus findet er jetzt kürzere Wege und braucht zehn Prozent weniger Fahrzeuge", sagt der Informatiker, der zunächst Biologie studiert hat. Das neueste Projekt stellt er nächste Woche auf der Konferenz des Forschungsschwerpunktes Organic Computing der Deutschen Forschungsgemeinschaft in Stuttgart vor: "Wir helfen Robotern, schneller und problemlos ihre Servicestationen zu finden."

Abgeguckt haben sie sich die Lösung bei Ameisen im Bau, die bestimmte Aufgaben erfüllen und immer wieder zu einer zentralen Stelle wie der Brutkammer zurückkehren.

Genau wie ihre biologischen Vorbilder sollen die Roboter die Servicestationen autonom anfahren, um zum Beispiel ihre Batterien aufzuladen oder Material zu besorgen, aber ohne dass es zu Staus kommt und ohne eine zentrale Steuerung. Das Problem: In der Realität gibt es für die technischen Helfer immer viele verschiedene Servicestationen, während Ameisen sich nur auf eine konzentrieren. Überträgt man das Ameisenprinzip eins zu eins auf die Roboter, knubbeln sie sich irgendwann alle an einer Station.

"Dann müssen wir helfend eingreifen und den Algorithmus entsprechend verändern", sagt Middendorf. Die natürliche Lösung ist nicht immer die beste. Die Steuerung einzelner Einheiten einer Gruppe, von Informatikern Agenten genannt, nur durch lokale Informationen hat aber auch ihre Grenzen. Middendorf: "Das Lokalitätsproblem ist nicht immer nur gut. Manchmal kann eine globale Betrachtung von oben besser sein."

Das ist es wohl, was den Menschen ebenso erfolgreich gemacht hat wie die Ameisen: von den Siegern lernen, aber ihre Prinzipien an die eigene Umwelt anpassen.

Handelsblatt, Wissenschaft, S. 9, 14. September 2006

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