Auch Physiker interessieren sich für Fische – vor allem, wenn sie die Bildung von Strukturen erforschen. Ein Forschungsteam der Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf (HHU) und der Universität Bristol (England) untersuchte das Schwarm-Verhalten von Zebrabärblingen mit Methoden der Teilchenphysik.
In der Fachzeitschrift Nature Communications erläutern sie, dass sich schon drei Fische ähnlich wie große Fischschwärme bewegen, zwei Fische dagegen ein ganz anderes Verhalten aufweisen.
„Three is a Crowd“ – dieser englische Spruch scheint nicht nur für „Die drei ???“ und die Drei Musketiere zu gelten. Auch bei verschiedenen Phänomene in den Naturwissenschaften – wie den Grundfarben oder den Raumdimensionen – genügen drei Zahlen, um verschiedene Zustände zu charakterisieren.
Drei ist die entscheidende Zahl
Physikerinnen und Physiker untersuchten nun, wie sich verschieden große Gruppen von Lebewesen verhalten. Sie wollten wissen, ab welcher Größe sich die Bewegungsmuster der einzelnen Mitglieder zu einer koordinierten Gruppenbewegung ändern. Tatsächlich scheint für Zebrafische die Drei die entscheidende Zahl zu sein.
Ein Aquarium in Bristol bestückten die Physiker dazu mit Kameras, um so die Schwimmbahnen ihrer Zebrafische zu erfassen. Sie nahmen diese Bahnen systematisch für verschiedene Gruppengrößen – zwei, drei, vier und fünfzig Fische – auf.
Sie fanden verschiedene Bewegungsmuster: Entweder schwammen die Fische alle in dieselbe Richtung oder sie drehten sich gemeinsam im Kreis. Bewegten sie sich in dieselbe Richtung, dann schwammen sie entweder neben- oder hintereinander.
Keiner will im Schwarm der letzte sein
Ein isoliertes Paar aus zwei Fischen bewegt sich vorzugsweise hintereinander – ein Fisch führt, der andere folgt. Drei Fische schwimmen aber nebeneinander; anscheinend will keiner von ihnen der letzte sein. Und: Solches Nebeneinanderschwimmen charakterisiert auch einen großen Fischschwarm.
Im großen Schwarm markierten die Forscherinnen und Forscher anschließend auch kleine Teilgruppen. Sie stellten fest, dass sich Dreiergruppen innerhalb des Schwarms sehr ähnlich wie eine isolierte Dreiergruppe bewegen. Markierten sie dagegen nur zwei Nachbarn, dann verhielten sich diese im Schwarm anders als in einer isolierten Zweiergruppe. Dr. Alexandra Zampetaki stellt fest: „Drei Fische bilden praktisch einen Schwarm, aber zwei reichen dafür nicht.“
„Dieses einfache Ergebnis gilt erst einmal nur für Zebrafische. Die Konzepte können aber auch auf andere Beispiele der Fauna übertragen werden“, betont Prof. Dr. C. Patrick Royall von der Universität Bristol. Royall weiter: „Dazu zählen andere Fischschwärme wie solche aus Goldfischen oder Sardinen, aber auch Vogel- und Insektenschwärme wie fliegende Stare und tanzende Mücken.“
Methoden aus der Physik auf Fische angewendet
Die Idee zu dem gemeinsamen Forschungsprojekt entstand während mehrerer Besuche von Prof. Royall an der HHU bei Prof. Dr. Hartmut Löwen. „Es war eine neue Herausforderung, traditionelle Methoden und Konzepte aus der Theorie der Flüssigkeiten wie Paar- und Triplettkorrelationen auf Fische anzuwenden. Denn diese Konzepte stammen aus dem thermodynamischen Gleichgewicht, aber ein lebender Fischschwarm ist weit von einem Gleichgewichtszustand entfernt“, so Löwen.
Dr. Alexandra Zampetaki simulierte die Fischbewegungen: „Wir haben unser Modell so modifiziert, dass die Schwimmbewegung der Fische realistisch nachgebildet wird. Die Simulation bestätigte das experimentelle Ergebnis ‚Drei machen einen Schwarm‘.“
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