28.03.2024

Wie viele Fische machen einen Schwarm?

Auch Physiker interessieren sich für Fische – vor allem, wenn sie die Bildung von Strukturen erforschen.

Ein internationales Team von Physikern hat untersucht, wie sich verschieden große Gruppen von Lebewesen verhalten. Die Forscher wollten wissen, ab welcher Größe sich die Bewegungsmuster der einzelnen Mitglieder zu einer koordinierten Gruppenbewegung ändert. Ein Aquarium in Bristol bestückten die Wissenschaftler dazu mit synchronisierten Kameras, um so die dreidimensionalen Schwimmtrajektorien von Zebrafischen zu messen. Sie nahmen diese Bahnen systematisch für verschiedene Gruppengrößen – zwei, drei, vier und fünfzig Fische – auf.

Abb.: Gemessene Schwimmtrajektorien von drei Zebrabärblingen (schwarze...
Abb.: Gemessene Schwimmtrajektorien von drei Zebrabärblingen (schwarze Umrisse), jeweils in den Farben gelb, blau und rot koloriert. Schon bei dieser Gruppengröße zeigen die Fische ein deutliches Schwarmverhalten, welches zwei Tiere nicht an den Tag legen.
Quelle: Y. Yang, U. Bristol

In den Schwimmtrajektorien suchten sie dann in einem nächsten Schritt Ordnungseffekte. 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.

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 Forscher anschließend auch kleine Teilgruppen. Sie stellten fest, dass sich Dreiergruppen innerhalb des Schwarm sehr ähnlich wie eine isolierte Dreiergruppe bewegt. Markierten sie dagegen nur zwei Nachbarn, dann verhielten sich diese im Schwarm anders als in einer isolierten Zweiergruppe. „Drei Fische bilden praktisch einen Schwarm, aber zwei reichen dafür nicht“, stellt daher Alexandra Zampetaki von der Uni Düsseldorf, jetzt an der Uni Wien tätig, fest.

„Dieses einfache Ergebnis gilt erst einmal nur für Zebrafische. Die Konzepte können aber auch auf andere Beispiele der Fauna übertragen werden“, betont der Korrespondenzautor Patrick Royall von der University of Bristol in Großbritannien, der jetzt an der EPSCI in Paris arbeitet. „Dazu zählen andere Fischschwärme wie solche aus Goldfischen oder Sardinen, aber auch Vogel- und Insektenschwärme wie fliegende Stare und tanzende Mücken.“

„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 Hartmut Löwen von der Uni Düsseldorf.

Dort wurde die grundlegende Klassifizierung der Vielteilcheneffekte vorgenommen. Darüber hinaus simulierte Zampetaki die Fischtrajektorien: „Wir haben unser Modell so modifiziert, dass die Schwimmbewegung der Fische realistisch nachgebildet wird. Die Simulation bestätigte das experimentelle Ergebnis: Drei machen einen Schwarm.“

In die Zukunft gedacht, wollen die Forscher ihre Erkenntnis auf das Gruppenverhalten von Menschen anwenden, wie diese sich zum Beispiel bei Partys oder Massenveranstaltungen verhalten. „Ob dafür dann auch die einfache Grenze der Zahl Drei Bestand hat, muss sich zeigen“, so Löwen.

HHU Düsseldorf / RK

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